JP2002335049A - Semiconductor substrate for gallium nitride based devices - Google Patents
Semiconductor substrate for gallium nitride based devicesInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 製造時における基板の反りを緩和することに
より高い歩留まりで製造できかつ良好な素子特性を有す
る窒化物半導体素子を提供する。
【解決手段】 複数の窒化ガリウム系半導体素子を形成
するため半導体基板であって、窒化ガリウム系化合物半
導体とは異なる材料からなる異種基板上に、それぞれ横
方向成長を伴って成長された第1の窒化物半導体層を含
む複数の第1領域とそれぞれ実質的に縦方向のみの成長
により成長された第2の窒化物半導体層を含む複数の第
2領域とを有してなる。
(57) [PROBLEMS] To provide a nitride semiconductor device which can be manufactured at a high yield by relaxing warpage of a substrate during manufacturing and has good device characteristics. A first semiconductor substrate for forming a plurality of gallium nitride-based semiconductor devices, the first substrate being grown with lateral growth on a heterogeneous substrate made of a material different from a gallium nitride-based compound semiconductor. The semiconductor device includes a plurality of first regions including a nitride semiconductor layer and a plurality of second regions including a second nitride semiconductor layer grown substantially only in the vertical direction.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化ガリウム系素
子用半導体基板、特に窒化ガリウム系半導体発光素子を
形成するための窒化ガリウム系素子用半導体基板に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor substrate for a gallium nitride based device, and more particularly to a gallium nitride based semiconductor substrate for forming a gallium nitride based semiconductor light emitting device.
【0002】[0002]
【従来の技術】窒化物半導体を用いたレーザ素子は、主
に青色〜紫色の短い波長のレーザ光を発振するものであ
り、光ディスク装置などその特性を活かして様々な用途
が検討されている。このレーザ素子の連続発振は、近年
実現され、実用化されているが、その応用において素子
の特性が十分満足のいくものではなく、さらなる素子特
性の向上が求められている。また、窒化物半導体素子を
用いたLEDでは、紫外域〜赤色の発光色が得られ、そ
の他にも受光素子、トランジスタなどの様々な素子にも
用いることができる。2. Description of the Related Art A laser device using a nitride semiconductor mainly oscillates a laser beam having a short wavelength of blue to violet, and various uses thereof such as an optical disk device are under study. The continuous oscillation of this laser device has been realized and put into practical use in recent years, but the characteristics of the device are not sufficiently satisfactory in its application, and further improvement in device characteristics is required. In addition, an LED using a nitride semiconductor element can emit light in the ultraviolet region to red, and can be used for various elements such as a light receiving element and a transistor.
【0003】このような窒化物半導体素子は、主に窒化
物半導体と異なる材料の異種基板において、バッファ層
などの下地層を介して素子構造が形成される。しかし、
上記素子の中でも大電流、高出力での駆動が必要なL
D、高出力タイプのLEDなどでは、結晶欠陥、特に貫
通転位などの転位密度が素子特性を決定する大きな要因
となっている。これは、転位密度が大きくなると、上記
大電流、高出力駆動下で、素子特性が悪化し、実用に足
る素子が得られ難いことにある。このため、このような
窒化物半導体素子には、ELOGなどの横方向の成長を
用いて成膜される窒化物半導体層を下地層とし、その下
地層の上に素子構造を形成することで、転位密度の良好
な基板を用いることとなり、上記問題を解決できる。ま
た、異種基板上に、ELOGなどの横方向成長を用いた
窒化物半導体基板を形成後、異種基板を除去して、窒化
物半導体の単体基板とすることもできる。[0003] In such a nitride semiconductor device, an element structure is formed on a different kind of substrate mainly made of a different material from the nitride semiconductor via an underlayer such as a buffer layer. But,
Among the above elements, L which needs to be driven with a large current and high output
In D and high output type LEDs, crystal defects, particularly dislocation densities such as threading dislocations, are a major factor in determining device characteristics. This is because, when the dislocation density is increased, the element characteristics are deteriorated under the above-mentioned large current and high output driving, and it is difficult to obtain a practically usable element. Therefore, in such a nitride semiconductor device, a nitride semiconductor layer formed using lateral growth such as ELOG is used as an underlayer, and an element structure is formed on the underlayer. Since a substrate having a good dislocation density is used, the above problem can be solved. Alternatively, after forming a nitride semiconductor substrate using lateral growth such as ELOG on a heterogeneous substrate, the heterogeneous substrate may be removed to form a nitride semiconductor single substrate.
【0004】しかしながら、以上で説明したような異種
基板上にELOGなどの横方向成長を用いた窒化物半導
体基板では、厚膜の窒化物半導体を異種基板に形成する
ことになり、これによりウェハに反りが発生する。However, in a nitride semiconductor substrate using lateral growth such as ELOG on a heterogeneous substrate as described above, a thick nitride semiconductor is formed on the heterogeneous substrate. Warpage occurs.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】上述したように、EL
OGなどの横方向成長を伴って成膜された窒化物半導
体、若しくはその上に成長させた窒化物半導体を基板と
して用いると、ウェハに反りが発生し、素子の製造工程
において取り扱いの困難なものとなる。なぜなら、反り
のあるウェハでは、異方性エッチングではウエハが曲面
であるためエッチングの精度が劣り、チップを取り出す
ためのウエハの分割においても不良品の発生原因とな
る。そこで、本発明は、上記課題を解決するために、横
方向成長を用いた窒化物半導体層を有しかつ基板の反り
が小さい窒化ガリウム系素子用半導体基板を提供するこ
とを目的とし、これにより、素子の製造を容易し、歩留
まりを向上させ、さらに良好な素子特性を有する窒化物
半導体素子を得るものである。As described above, the EL
When a nitride semiconductor film formed by lateral growth such as OG or a nitride semiconductor grown thereon is used as a substrate, the wafer is warped and is difficult to handle in a device manufacturing process. Becomes This is because, in the case of a warped wafer, the anisotropic etching has a curved surface, so that the accuracy of the etching is inferior, and this may cause defective products even when dividing the wafer to take out chips. Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor substrate for a gallium nitride-based device having a nitride semiconductor layer using lateral growth and having a small warpage of the substrate, in order to solve the above problem. Another object of the present invention is to provide a nitride semiconductor device which facilitates the manufacture of the device, improves the yield, and has better device characteristics.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに、本発明に係る第1の窒化ガリウム系素子用半導体
基板は、複数の窒化ガリウム系半導体素子を形成するた
め半導体基板であって、上記半導体基板は、窒化ガリウ
ム系化合物半導体とは異なる材料からなる異種基板上
に、それぞれ横方向成長を伴って成長された第1の窒化
物半導体層を含む複数の第1領域とそれぞれ実質的に縦
方向のみの成長により成長された第2の窒化物半導体層
を含む複数の第2領域とを有してなることを特徴とす
る。以上のように構成された本発明に係る第1の窒化ガ
リウム系素子用半導体基板は、それぞれ横方向成長を伴
って成長された第1の窒化物半導体層を含む複数の第1
領域とそれぞれ実質的に縦方向のみの成長により成長さ
れた第2の窒化物半導体層を含む複数の第2領域とを有
しているので、上記異種基板と上記第1領域との間の材
料の違いにより生じる基板を湾曲させる応力を第2領域
によって緩和できるので、基板の反りを小さくできる。In order to achieve the above object, a first gallium nitride based semiconductor substrate according to the present invention is a semiconductor substrate for forming a plurality of gallium nitride based semiconductor elements. The semiconductor substrate includes a plurality of first regions each including a first nitride semiconductor layer grown along with lateral growth on a heterogeneous substrate made of a material different from the gallium nitride-based compound semiconductor. And a plurality of second regions including a second nitride semiconductor layer grown only in the vertical direction. The first gallium nitride-based device semiconductor substrate according to the present invention configured as described above has a plurality of first gallium nitride-based element semiconductor substrates each including a first nitride semiconductor layer grown with lateral growth.
Since there are regions and a plurality of second regions each including a second nitride semiconductor layer grown substantially only in the vertical direction, the material between the heterogeneous substrate and the first region is formed. The stress caused by bending the substrate caused by the difference can be reduced by the second region, so that the warpage of the substrate can be reduced.
【0007】また、本発明に係る第2の窒化ガリウム系
素子用半導体基板は、複数の窒化ガリウム系半導体発光
素子を形成するため半導体基板であって、上記半導体基
板は、それぞれ横方向成長を伴って成長された第1の窒
化物半導体層を含む複数の第1領域とそれぞれ実質的に
縦方向のみの成長により成長された第2の窒化物半導体
層を含む複数の第2領域とを有してなることを特徴とす
る。以上のように構成された本発明に係る第2の窒化ガ
リウム系素子用半導体基板は、それぞれ横方向成長を伴
って成長された第1の窒化物半導体層を含む複数の第1
領域とそれぞれ実質的に縦方向のみの成長により成長さ
れた第2の窒化物半導体層を含む複数の第2領域とを有
しているので、例えば、製造時に生じる基板を湾曲させ
る応力を第2領域によって緩和できるので、基板の反り
を小さくできる。Further, a second semiconductor substrate for a gallium nitride based device according to the present invention is a semiconductor substrate for forming a plurality of gallium nitride based semiconductor light emitting devices, and each of the semiconductor substrates is accompanied by a lateral growth. A plurality of first regions including a first nitride semiconductor layer grown by growth and a plurality of second regions including a second nitride semiconductor layer grown by growth substantially only in the vertical direction. It is characterized by becoming. The second gallium nitride-based device semiconductor substrate according to the present invention configured as described above has a plurality of first nitride semiconductor layers each including a first nitride semiconductor layer grown with lateral growth.
Since it has a region and a plurality of second regions each including a second nitride semiconductor layer grown by growth only substantially in the vertical direction, for example, a stress generated during manufacturing that bends the substrate is applied to the second region. Since it can be alleviated by the region, the warpage of the substrate can be reduced.
【0008】本発明に係る第1と第2の窒化ガリウム系
素子用半導体基板では、上記第1領域はそれぞれ、上記
各窒化ガリウム系半導体発光素子に対応するように上記
第2領域によって分離されていることが好ましく、これ
により基板の反りをより効果的に緩和できる。尚、上記
第1領域はそれぞれ、窒化ガリウム系半導体発光素子を
形成するため領域である。In the first and second gallium nitride based semiconductor substrates according to the present invention, the first regions are separated by the second regions so as to correspond to the respective gallium nitride based semiconductor light emitting devices. It is preferable that the warpage of the substrate can be reduced more effectively. Each of the first regions is a region for forming a gallium nitride based semiconductor light emitting device.
【0009】本発明に係る第1と第2の窒化ガリウム系
素子用半導体基板では、上記第1領域と上記第2領域と
は、互いに平行でかつ交互に形成されていてもよい。In the first and second gallium nitride based semiconductor substrates according to the present invention, the first region and the second region may be formed in parallel and alternately with each other.
【0010】本発明に係る第1と第2の窒化ガリウム系
素子用半導体基板を用いて、上記窒化ガリウム系半導体
発光素子としてレーザダイオードを形成する場合、上記
第1領域はそれぞれ、少なくとも上記各レーザダイオー
ドの光導波領域の直下に位置するように形成されている
ことが好ましい。In the case where a laser diode is formed as the gallium nitride based semiconductor light emitting device using the first and second gallium nitride based semiconductor substrates according to the present invention, each of the first regions includes at least each of the respective lasers. Preferably, it is formed so as to be located immediately below the optical waveguide region of the diode.
【0011】本発明に係る第1と第2の窒化ガリウム系
素子用半導体基板において、上記各第1領域は、窒化物
半導体が実質的に成長しない材料からなる選択成長用マ
スクを含んでいても良く、この場合、上記選択成長用マ
スクは、上記異種基板上に形成された窒化ガリウム系化
合物半導体からなるバッファ層の上に形成されかつ該バ
ッファ層の表面の一部を露出させる開口部を有し、上記
第1の窒化物半導体層は、上記開口部を介して露出され
た上記バッファ層から上記選択成長用マスク上に横方向
に成長されている。In the first and second gallium nitride based semiconductor substrates according to the present invention, each of the first regions may include a selective growth mask made of a material that does not substantially grow a nitride semiconductor. In this case, the selective growth mask preferably has an opening formed on a buffer layer made of a gallium nitride-based compound semiconductor formed on the heterogeneous substrate and exposing a part of the surface of the buffer layer. The first nitride semiconductor layer is laterally grown on the selective growth mask from the buffer layer exposed through the opening.
【0012】本発明に係る第1と第2の窒化ガリウム系
素子用半導体基板において、上記バッファ層は、上記開
口部により露出された部分がエッチングにより除去され
て凹部が形成され、上記第1の窒化物半導体層は上記凹
部の側面から成長されていてもよい。In the first and second gallium nitride based semiconductor substrates according to the present invention, a portion of the buffer layer exposed by the opening is removed by etching to form a recess, and The nitride semiconductor layer may be grown from the side surface of the recess.
【0013】本発明に係る第1と第2の窒化ガリウム系
素子用半導体基板において、上記第1の窒化物半導体層
はGaNからなることが好ましい。In the first and second gallium nitride based semiconductor substrates according to the present invention, it is preferable that the first nitride semiconductor layer is made of GaN.
【0014】本発明に係る第1と第2の窒化ガリウム系
素子用半導体基板において、上記第1の窒化物半導体層
はアンドープGaNからなることがさらに好ましい。In the first and second gallium nitride based semiconductor substrates according to the present invention, it is more preferable that the first nitride semiconductor layer is made of undoped GaN.
【0015】[0015]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明に係る実施の形態の窒化ガリウム系素子用半導体基板
19について説明する。本実施の形態の窒化ガリウム系
素子用半導体基板19は、図2(a)(b)に示すよう
に、サファイアからなる異種基板10上に、バッファ層
12を介して、GaNからなる窒化物半導体層13を成
長させた基板であって、複数の窒化ガリウム系半導体発
光素子を形成するために用いられる。ここで、特に本実
施の形態の窒化ガリウム系素子用半導体基板は、第1領
域1と第2領域2とを有してなり、第1領域1が横方向
成長を伴って成長されたGaNからなる窒化物半導体層
13aを含み、第2領域2が実質的に縦方向のみの成長
により形成されたGaNからなる窒化物半導体層13b
を含むことを特徴としている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a semiconductor substrate 19 for a gallium nitride based device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIGS. 2A and 2B, a semiconductor substrate 19 for a gallium nitride-based element of the present embodiment is formed on a heterogeneous substrate 10 made of sapphire, with a buffer layer 12 interposed between nitride semiconductors made of GaN. A substrate on which the layer 13 has been grown, which is used to form a plurality of gallium nitride based semiconductor light emitting devices. Here, in particular, the gallium nitride-based device semiconductor substrate of the present embodiment has a first region 1 and a second region 2, and the first region 1 is made of GaN grown with lateral growth. Semiconductor layer 13b made of GaN including second semiconductor layer 13a formed by growth substantially only in the vertical direction.
It is characterized by including.
【0016】具体的には、本実施の形態の窒化ガリウム
系素子用半導体基板19において、第1領域1はそれぞ
れ、窒化ガリウム系素子用半導体基板19上に形成しよ
うとする各窒化ガリウム系半導体発光素子に対応するよ
うに第2領域2によって分離されている。尚、本発明で
は、各第1領域1がそれぞれ、窒化ガリウム系素子用半
導体発光素子に一対一に対応して分離されている必要は
なく、例えば、図1(b)に示すように、一方向に並ん
で形成される窒化ガリウム系素子用半導体発光素子に対
応する第1領域を連続した線状の領域として形成しても
よく、この場合、第1領域1と第2領域2とは互いに平
行でかつ交互に形成される。Specifically, in the gallium nitride-based device semiconductor substrate 19 of the present embodiment, each of the first regions 1 is a gallium nitride-based semiconductor light-emitting device to be formed on the gallium nitride-based device semiconductor substrate 19. It is separated by the second region 2 so as to correspond to the element. In the present invention, it is not necessary that each of the first regions 1 is separated from the gallium nitride-based device semiconductor light emitting device in a one-to-one correspondence. For example, as shown in FIG. The first region corresponding to the semiconductor light emitting device for a gallium nitride-based device formed side by side in the direction may be formed as a continuous linear region. In this case, the first region 1 and the second region 2 It is formed in parallel and alternately.
【0017】このように構成された実施の形態の窒化ガ
リウム系素子用半導体基板19において、第1領域1は
それぞれ、横方向成長を伴って成長された結晶性の良い
窒化物半導体層13aを表面に有しているので、その上
に窒化物半導体層を結晶性良く成長させることができ、
その窒化物半導体層により構成される窒化ガリウム系半
導体発光素子の特性を良好にできる。また、異種基板1
0と窒化物半導体層13とはその材料の違いにより互い
に物性が異なることから、図9(a)(b)に示すよう
に、基板を湾曲させるようにストレスがかかるが、本実
施の形態では、上述のように第1領域1と第2領域2と
により構成されているので、図9(c)(d)に示すよ
うに、異種基板10上の全面に横方向成長を伴う窒化物
半導体層を形成した場合に比較して基板を湾曲させる応
力を小さくできる。In the gallium nitride-based element semiconductor substrate 19 of the embodiment thus configured, each of the first regions 1 has a nitride semiconductor layer 13a having good crystallinity grown along with the lateral growth. So that a nitride semiconductor layer can be grown thereon with good crystallinity,
The characteristics of the gallium nitride based semiconductor light emitting device constituted by the nitride semiconductor layer can be improved. In addition, heterogeneous substrate 1
9 and the nitride semiconductor layer 13 have different physical properties due to the difference in their materials. Therefore, as shown in FIGS. 9A and 9B, stress is applied so as to curve the substrate. However, in this embodiment, Since the first region 1 and the second region 2 are formed as described above, as shown in FIGS. 9C and 9D, the nitride semiconductor with lateral growth over the entire surface of the heterogeneous substrate 10 is formed. The stress for bending the substrate can be reduced as compared with the case where the layer is formed.
【0018】すなわち、第1領域1では窒化物半導体層
13aの結晶性が良好であるために基板を湾曲させるス
トレスは大きくなる。これに対して、第2領域2におけ
る窒化物半導体層13bは、実質的に縦方向(異種基板
の面に対して垂直な方向)のみの成長により形成されて
いるので、横方向成長を伴って成長された結晶性の良い
窒化物半導体層13aに比較して結晶欠陥が多くなる。
これにより、第2領域2において、異種基板10と窒化
物半導体層13bとの材料の違いにより生じる基板を湾
曲させるストレスは、窒化物半導体層13bの結晶性が
劣ることから弱くなり、基板を湾曲が緩和される。That is, in the first region 1, since the nitride semiconductor layer 13a has good crystallinity, the stress for bending the substrate increases. On the other hand, since the nitride semiconductor layer 13b in the second region 2 is formed by growth substantially only in the vertical direction (the direction perpendicular to the surface of the heterogeneous substrate), it is accompanied by lateral growth. The number of crystal defects increases as compared to the grown nitride semiconductor layer 13a having good crystallinity.
As a result, in the second region 2, the stress that causes the substrate to bend due to a difference in material between the heterogeneous substrate 10 and the nitride semiconductor layer 13b is reduced due to the poor crystallinity of the nitride semiconductor layer 13b, and the substrate is bent. Is alleviated.
【0019】このように、本発明にかかる実施の形態の
窒化ガリウム系素子用半導体基板19では、上述のよう
に結晶性の良い窒化物半導体層13aを備えた第1領域
1が連続して形成されるのではなく、第1領域1と湾曲
の緩衝効果のある第2領域とが交互に形成されているの
で、基板全体を湾曲させるストレスは、異種基板上に一
様に横方向成長を伴う窒化物半導体層を形成した場合に
比較して小さくできる。これにより、本発明にかかる実
施の形態の窒化ガリウム系素子用半導体基板は、その上
に形成する発光素子の特性を劣化させることなくウエハ
の湾曲を小さく抑えることができるので、製造工程にお
いて基板の破損が防止でき、発光特性の良好な発光素子
を歩留まり良く製造することができる。As described above, in the gallium nitride-based device semiconductor substrate 19 according to the embodiment of the present invention, the first region 1 having the nitride semiconductor layer 13a having good crystallinity as described above is continuously formed. Instead, the first region 1 and the second region having a buffer effect of bending are alternately formed, so that the stress of bending the entire substrate is accompanied by uniform lateral growth on the heterogeneous substrate. The size can be reduced as compared with the case where a nitride semiconductor layer is formed. As a result, the semiconductor substrate for a gallium nitride-based device according to the embodiment of the present invention can reduce the curvature of the wafer without deteriorating the characteristics of the light-emitting device formed thereon. Breakage can be prevented, and a light-emitting element having good light-emitting characteristics can be manufactured with high yield.
【0020】以下、本発明に係る実施の形態の窒化ガリ
ウム系素子用半導体基板19とその上に構成されるレー
ザ素子について、より詳細に説明する。以下に説明する
実施の形態は、InxAlyGa1-x-yN(0≦x≦1,
0≦y≦1,0≦x+y≦1)で表されかつ組成の異な
る複数の窒化物半導体層を異種基板10上に積層するこ
とによりレーザ素子を構成するものであり、そのレーザ
素子は、レーザ素子の光導波路領域が形成されるよう
に、Inを含む窒化物半導体からなる活性層が、n型窒
化物半導体を含むn側クラッド層とp型窒化物半導体を
含むp側クラッド層の間に位置する基本構造を有する。Hereinafter, the gallium nitride based semiconductor substrate 19 and the laser device formed thereon according to the embodiment of the present invention will be described in more detail. The embodiment described below is based on In x Al y Ga 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1,
A laser element is formed by laminating a plurality of nitride semiconductor layers represented by 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1) and having different compositions on a heterogeneous substrate 10. An active layer made of a nitride semiconductor containing In is formed between an n-side clad layer containing an n-type nitride semiconductor and a p-side clad layer containing a p-type nitride semiconductor so that an optical waveguide region of the device is formed. It has a basic structure located.
【0021】また、本発明の窒化物半導体の成長方法
は、特に限定されるものではなく、MOVPE(有機金
属気相成長法)、HVPE(ハライド気相成長法)、M
BE(分子線エピタキシー法)、MOCVD(有機金属
化学気相成長法)等、窒化物半導体を成長させるのに知
られている全ての方法を適用できるが、膜厚が50μm
以下の窒化物半導体を成長させる場合には、成長速度の
制御が容易であるMOCVD法を用いることが好まし
い。またHVPEは、膜厚が50μm以下の窒化物半導
体を成長させる場合には、成長速度が速いことから成長
速度のコントロールが難しい傾向にあるが、比較的膜厚
の厚い(例えば、50μm以上)窒化物半導体層を成長
させる場合には、成長速度が速いので短時間で厚い窒化
物半導体層を形成することができ好ましい。The method for growing a nitride semiconductor according to the present invention is not particularly limited. MOVPE (metal organic chemical vapor deposition), HVPE (halide vapor deposition), M
All known methods for growing nitride semiconductors, such as BE (Molecular Beam Epitaxy) and MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition), can be applied, but the film thickness is 50 μm.
When growing the following nitride semiconductor, it is preferable to use the MOCVD method in which the growth rate can be easily controlled. In the case of growing a nitride semiconductor having a thickness of 50 μm or less, HVPE tends to be difficult to control the growth rate because the growth rate is high. However, HVPE has a relatively large thickness (for example, 50 μm or more). It is preferable to grow the nitride semiconductor layer because the growth rate is high and a thick nitride semiconductor layer can be formed in a short time.
【0022】(異種基板10)本発明における異種基板
10としては、窒化物半導体を成長させることができる
基板として従来から知られている窒化物半導体とは異な
る材料からなる基板を用いることができる。具体的に
は、例えば、C面、R面、及びA面のいずれかを主面と
するサファイア、スピネル(MgA12O4)のような絶
縁性基板、SiC(6H、4H、3Cを含む)、Zn
S、ZnO、GaAs、Si、及び窒化物半導体と格子
整合する酸化物基板等が挙げられる。上記列挙した基板
のうち、本発明における好ましい異種基板10として
は、サファイア、スピネルが用いられる。また、異種基
板10は、図5に示すように、オフアングルされていて
もよく、特に、図5(b)に示すように、ステップ状に
オフアングルした基板を用いると窒化ガリウムからなる
基板層11を結晶性よく成長させることができる。(Different substrate 10) As the different substrate 10 in the present invention, a substrate made of a material different from a conventionally known nitride semiconductor as a substrate on which a nitride semiconductor can be grown can be used. Specifically (including 6H, 4H, and 3C), for example, C-plane, R-plane, and sapphire to either the main surface of the surface A, the insulating substrate such as spinel (MgA1 2 O 4), SiC , Zn
An oxide substrate lattice-matched with S, ZnO, GaAs, Si, and a nitride semiconductor may be used. Of the above-listed substrates, sapphire and spinel are used as the preferred heterosubstrate 10 in the present invention. Further, the heterogeneous substrate 10 may be off-angled as shown in FIG. 5. In particular, as shown in FIG. 11 can be grown with good crystallinity.
【0023】この場合、より良好な窒化物半導体の結晶
成長が可能となるように、オフ角は、0.1°〜0.5
°に設定することが好ましく、より好ましくは0.1°
〜0.2°とする。例えば、サファイアC面の基板は、
上記範囲内にオフアングルした基板を作製することがで
き、そのオフアングルされた基板を本発明に用いること
ができる。In this case, the off-angle is 0.1 ° to 0.5 ° so as to enable better nitride semiconductor crystal growth.
° is preferably set, more preferably 0.1 °
To 0.2 °. For example, a sapphire C-plane substrate
A substrate with an off-angle within the above range can be manufactured, and the substrate with the off-angle can be used in the present invention.
【0024】(基板層11)本実施の形態では、異種基
板10上に、良好な素子構造を構成する良質な窒化物半
導体を容易に成長させるために、異種基板10の上に、
InxAlyGa1-x- yN(0≦x≦1,0≦y≦1,0
≦x+y≦1)で表される窒化物半導体から選択された
基板層11を設ける。本実施の形態では、基板層11
は、図2に示すように、低温で成長されたバッファ層1
2と、バッファ層12の上に成長された窒化物半導体層
13とからなり、機能的には素子構造を構成するもので
はなく、上述のように素子構造を構成する窒化物半導体
を良好にかつ容易に成長させるため形成する層である。
したがって、基板層11は実質的には基板の一部として
機能するので、本明細書においては異種基板10と基板
層11とによって構成される基板のことを、窒化ガリウ
ム系素子用半導体基板という。(Substrate Layer 11) In this embodiment, in order to easily grow a high-quality nitride semiconductor constituting a good element structure on the heterogeneous substrate 10,
In x Al y Ga 1-x- y N (0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1,0
A substrate layer 11 selected from nitride semiconductors represented by ≦ x + y ≦ 1) is provided. In the present embodiment, the substrate layer 11
Is a buffer layer 1 grown at a low temperature, as shown in FIG.
2 and the nitride semiconductor layer 13 grown on the buffer layer 12, and does not functionally constitute an element structure. This is a layer formed for easy growth.
Therefore, since the substrate layer 11 substantially functions as a part of the substrate, in this specification, a substrate formed by the heterogeneous substrate 10 and the substrate layer 11 is referred to as a gallium nitride-based element semiconductor substrate.
【0025】このような機能を効果的に発揮させるため
に、基板層11の窒化物半導体層13は、良好な結晶性
の層を形成することができるGaNを用いることが好ま
しく、これにより、素子構造を構成する結晶性の良好な
窒化物半導体の成長に適した基板層11が得られる。ま
た、GaNを窒化物半導体層13として用いる場合、ア
ンドープ(不純物をドープしない状態、undope)GaN
及びSi、Ge、及びS等のn型不純物をドープしたG
aNのいずれを用いてもよいが、好ましくはアンドープ
のGaNを用いる。このようにアンドープのGaNを用
いると、その他の組成の窒化物半導体を用いた場合に比
べて、良好な結晶性及び優れた表面モフォロジーを有す
る窒化物半導体層13を形成することができ、その上に
良好な素子構造を構成できる。In order to effectively exhibit such a function, the nitride semiconductor layer 13 of the substrate layer 11 is preferably made of GaN which can form a good crystalline layer. A substrate layer 11 suitable for growing a nitride semiconductor having good crystallinity constituting the structure is obtained. When GaN is used as the nitride semiconductor layer 13, undoped (undoped) GaN
And G doped with n-type impurities such as Si, Ge, and S
Although any of aN may be used, undoped GaN is preferably used. When undoped GaN is used in this manner, a nitride semiconductor layer 13 having good crystallinity and excellent surface morphology can be formed as compared with the case where a nitride semiconductor having another composition is used. A favorable element structure can be formed.
【0026】また、バッファ層11として、具体的には
AlN、GaN、AlGaN、InGaN等が用いら
れ、900℃以下300℃以上の温度で、膜厚0.5μ
m以下10Å(オングストローム)以上の膜厚になるよ
うに形成される。As the buffer layer 11, specifically, AlN, GaN, AlGaN, InGaN, or the like is used.
m and a film thickness of 10 ° (angstrom) or more.
【0027】ここで、本実施の形態では、基板層11を
形成する時に部分的に選択成長を利用して、基板層11
において選択成長させた部分(窒化物半導体13a)と
選択成長させることなく成長させた部分(窒化物半導体
13b)とを形成している。選択成長層とは、具体的に
はSiO2などの窒化物半導体がほとんど成長しない保
護膜を、例えば一定の間隔で開口部が形成されるように
バッファ層12の上に形成して、バッファ層12上に窒
化物半導体が成長する非マスク領域(マスク開口部)
と、マスク領域とを設けて、非マスク領域から成長した
窒化物半導体が、積層方向(縦方向)に加えて、横方向
(基板面内)の成長を伴って成長することにより、マス
ク領域上部で異なる非マスク領域から成長してきた窒化
物半導体同士が結合して、成膜されるものである。Here, in the present embodiment, when the substrate layer 11 is formed, selective growth is partially used to form the substrate layer 11.
And a portion grown without selective growth (nitride semiconductor 13b) and a portion grown without selective growth (nitride semiconductor 13b). The selective growth layer is specifically formed by forming a protective film on which a nitride semiconductor such as SiO 2 hardly grows on the buffer layer 12 so that openings are formed at regular intervals, for example. Non-mask region (mask opening) where nitride semiconductor grows on 12
And a mask region, and the nitride semiconductor grown from the non-mask region grows in the lamination direction (vertical direction) as well as in the lateral direction (in the plane of the substrate). In this case, the nitride semiconductors grown from different non-mask regions are combined to form a film.
【0028】具体的には、図6(a)に示すように、バ
ッファ層12上に保護膜18を開口部が、例えば、一定
の周期で形成されるように形成し、保護膜18の開口部
から窒化物半導体層13aを選択的に成長させて、積層
方向(図6(b)中の白抜き矢印)と横方向(図6
(b)中の矢印)との成長により保護膜18を覆うよう
に成膜する。このように成長させると、異種基板10の
直上から延びる貫通転位の伝播が、窒化物半導体の成長
にしたがって抑制され、結晶性良好な窒化物半導体層1
3aが形成される。このように成長させた結晶性良好な
窒化物半導体層13aにおいて、特に、保護膜18上の
窒化物半導体層13a上では、異種基板から伸びる貫通
転位の素子への進入が防止できるので、結晶性の良好な
発光素子を形成することが可能となる。More specifically, as shown in FIG. 6A, a protective film 18 is formed on the buffer layer 12 so that openings are formed at a constant period, for example. The nitride semiconductor layer 13a is selectively grown from the portion, and the direction of lamination (open arrow in FIG. 6B) and the lateral direction (FIG.
A film is formed so as to cover the protective film 18 by the growth of (b). When grown in this manner, propagation of threading dislocations extending directly above heterogeneous substrate 10 is suppressed in accordance with the growth of the nitride semiconductor, and nitride semiconductor layer 1 having good crystallinity is obtained.
3a is formed. In the nitride semiconductor layer 13a having good crystallinity grown in this way, especially on the nitride semiconductor layer 13a on the protective film 18, penetration of threading dislocations extending from a heterogeneous substrate into the element can be prevented. It is possible to form a light emitting element having a good quality.
【0029】このような成長方法は、LEO(Lateral
Epitaxial Overgrowth)、ELOG(Epitaxial Latera
l OverGrowth)などとして従来知られているものであ
り、先に例示した方法以外にも、種々の変形が可能であ
り、それら変形した方法も本発明に適用することができ
る。例えば、図6(d)は、窒化物半導体13aを2回
に分けて成長させた例であり、窒化物半導体層13aの
表面近くの結晶性を図6(c)に示すものに比較してよ
り向上させたものである。Such a growth method is known as LEO (Lateral).
Epitaxial Overgrowth, ELOG (Epitaxial Latera)
l OverGrowth) or the like, and various modifications are possible in addition to the methods exemplified above, and the modified methods can be applied to the present invention. For example, FIG. 6D shows an example in which the nitride semiconductor 13a is grown in two steps, and the crystallinity near the surface of the nitride semiconductor layer 13a is compared with that shown in FIG. 6C. It is a further improvement.
【0030】すなわち、図6(d)に示す例は、図6
(c)の窒化物半導体13aの上にさらに、開口部を有
する保護膜18aを形成し、開口部に位置する窒化物半
導体13aから再度、窒化物半導体13aを成長させる
ものである。この例では、保護膜18aは、保護膜18
の上方を開口させるように、隣接する保護膜18により
形成された開口部の上方に形成される。このようにする
と、最初に成長させた窒化物半導体13aのうち、より
結晶性のよい保護膜18の上に位置する部分から2回目
の成長をさせることができるので、2回目に成長された
窒化物半導体13aの結晶性を最初に成長させた窒化物
半導体13aよりさらに良好にできるというものであ
る。That is, the example shown in FIG.
(C) A protective film 18a having an opening is further formed on the nitride semiconductor 13a, and the nitride semiconductor 13a is grown again from the nitride semiconductor 13a located in the opening. In this example, the protective film 18a is
Is formed above the opening formed by the adjacent protective film 18 so as to open the upper part. By doing so, the second growth can be performed from the portion of the nitride semiconductor 13a grown first which is located on the protective film 18 having better crystallinity, so that the second growth of the nitride semiconductor 13a can be performed. This is because the crystallinity of the compound semiconductor 13a can be improved more than the nitride semiconductor 13a grown first.
【0031】また、図6(x)〜(z)に示すように、
異種基板10上に成長されたバッファ層(窒化物半導体
層)12に凹凸を設けて、凸部の上面に保護膜18を形
成することにより、その凸部をマスク領域、凹部を非マ
スク領域として、バッファ層(窒化物半導体層)12の
凹部側面から横方向の成長をさせる方法もある(図6
(y))。この方法では、マスク領域凸部上部で、隣接
する凹部側面(非マスク領域)から成長してきた窒化物
半導体13aと接合させるようにでき、全体を覆う窒化
物半導体13aを成膜できる。また、図6(x)〜
(z)では、凹部底面にマスクを設けず、凸部表面にマ
スク18を設けて、それぞれ非マスク領域、マスク領域
としているが、凹部底面にもマスクを設けて凹部側面か
らの成長を制御してもよく、これとは別に凸部表面のマ
スク18を設けなくても図に示すような横方向の成長を
させることが可能である。As shown in FIGS. 6 (x) to 6 (z),
By forming irregularities on the buffer layer (nitride semiconductor layer) 12 grown on the heterogeneous substrate 10 and forming the protective film 18 on the upper surface of the convex portion, the convex portion serves as a mask region and the concave portion serves as a non-mask region. There is also a method of growing the buffer layer (nitride semiconductor layer) 12 in the lateral direction from the side surface of the concave portion (FIG. 6).
(Y)). According to this method, the nitride semiconductor 13a grown from the side surface of the adjacent concave portion (non-mask region) can be joined to the upper portion of the mask region convex portion, and the nitride semiconductor 13a covering the entire surface can be formed. In addition, FIG.
In (z), a mask is not provided on the bottom surface of the concave portion, and a mask 18 is provided on the surface of the convex portion to be a non-mask region and a mask region, respectively. However, a mask is also provided on the bottom surface of the concave portion to control the growth from the side surface of the concave portion. Alternatively, the lateral growth as shown in the figure can be performed without providing the mask 18 on the surface of the projection.
【0032】ここで、図6(b)(y)に示す矢印は、
白抜き矢印が膜厚方向を示すもので、それ以外の矢印
は、窒化物半導体の横方向の成長を示している。また、
本発明において、マスク領域と非マスク領域とは、基板
もしくは半導体層表面に選択的に窒化物半導体を成長さ
せるために設けられるものであり、非マスク領域はマス
ク領域に比べて優先的に窒化物半導体が成長されれば足
り、このことにより選択成長による窒化物半導体は横方
向の成長を伴って形成される。具体的には、マスク領域
としては、窒化物半導体を成長させる際に、非マスク領
域に比べて成長が困難(成長速度が低い)であるか、ほ
ぼ成長不可能であればよい。以上のように、基板表面
に、マスク領域と非マスク領域とを所定のパターン形状
に設けて、非マスク領域から基板面内の横方向の成長を
伴って選択的に成長させることにより、形成される層を
選択成長層という。Here, the arrows shown in FIGS.
The white arrows indicate the film thickness direction, and the other arrows indicate the lateral growth of the nitride semiconductor. Also,
In the present invention, the mask region and the non-mask region are provided for selectively growing a nitride semiconductor on the surface of the substrate or the semiconductor layer. It is sufficient that the semiconductor is grown, whereby a nitride semiconductor by selective growth is formed with lateral growth. Specifically, it is sufficient that the growth of the nitride semiconductor is difficult (low growth rate) or almost impossible when the nitride semiconductor is grown as compared with the non-mask region. As described above, a mask region and a non-mask region are provided in a predetermined pattern on the substrate surface, and the mask region and the non-mask region are selectively grown along with the lateral growth in the substrate plane from the non-mask region. Layer is called a selective growth layer.
【0033】このように選択的に横方向の成長を伴って
形成された選択成長層を窒化物半導体層13aとして用
いる場合には、InxAlyGa1-x-yN(0≦x≦1,
0≦y≦1,0≦x+y≦1)で表される窒化物半導体
を用いることができるが、好ましくはGaNを用い、よ
り好ましくは、アンドープのGaNを用いる。このよう
にGaNを用いることが好ましいのは、窒化物半導体の
中でも、GaNが最も結晶性良く成長できるからであ
り、不純物ドープよりもアンドープの方が好ましいの
は、アンドープ層の方が結晶性が更に良くなる傾向にあ
るからである。また、窒化物半導体層13aの膜厚は、
少なくとも非マスク領域から成長してきた窒化ガリウム
がマスク領域を覆い平坦な表面を形成するように成膜さ
れればよく、特定の範囲に限定されるものではないが、
好ましくは5μm以上30μm以下、より好ましくは1
0μm以上15μm以下に設定する。この範囲中にある
ことで、転位が少なく、平坦且つ良好な表面の選択成長
層である窒化物半導体層13aを形成することができ
る。In the case where the selectively grown layer selectively grown along with the lateral direction is used as the nitride semiconductor layer 13a, In x Al y Ga 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1,
Although a nitride semiconductor represented by 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1) can be used, GaN is preferably used, and undoped GaN is more preferably used. As described above, GaN is preferably used because GaN can be grown with the highest crystallinity among nitride semiconductors. The undoped layer is more preferable than the impurity-doped layer because the undoped layer has higher crystallinity. This is because it tends to be even better. The thickness of the nitride semiconductor layer 13a is:
It is sufficient that at least gallium nitride grown from the non-mask region covers the mask region and forms a flat surface, and is not limited to a specific range,
Preferably it is 5 μm or more and 30 μm or less, more preferably 1 μm or more.
The thickness is set to 0 μm or more and 15 μm or less. By being in this range, it is possible to form the nitride semiconductor layer 13a which is a selective growth layer having few dislocations and a flat and good surface.
【0034】また、窒化物半導体13aを選択的に成長
させる選択成長マスク(マスク領域と非マスク領域とを
有するもの)の形状としては、基板表面にストライプ
状、碁盤の目、ドット状等に形成することができる。こ
れらの形状の中で、好ましい形状は、ストライプ状であ
り、このストライプ形状とすると、窒化物半導体13a
の異常成長が少なく、成膜後の表面をより平坦にでき
る。ここで、ストライプ状とする場合、マスク領域の幅
(ストライプ幅、凸部上部の幅)は1μm以上20μm
以下、好ましくは1以上10μm以下、非マスク領域の
幅(ストライプ間隔、凹部底部の幅)を3μm以上20
μm以下、好ましくは10μm以上19μm以下である
ストライプ形状とすることが好ましい。このような範囲
に設定されたストライプ形状になるように保護膜を形成
すると、上述の範囲に設定されていないストライプ形状
の保護膜を形成した場合に比較して、転位を効果的に低
減でき、表面状態をより良好にできる。The shape of a selective growth mask (having a mask region and a non-mask region) for selectively growing the nitride semiconductor 13a is formed in a stripe shape, a grid pattern, a dot shape, or the like on the substrate surface. can do. Among these shapes, a preferred shape is a stripe shape.
And the surface after film formation can be made flatter. Here, in the case of a stripe shape, the width of the mask region (stripe width, width of the upper part of the convex portion) is 1 μm or more and 20 μm or more.
The width of the non-mask region (stripe interval, width of the bottom of the concave portion) is preferably from 3 μm to 20 μm.
It is preferable to use a stripe shape having a size of 10 μm or less, preferably 10 μm to 19 μm. When the protective film is formed so as to have a stripe shape set in such a range, dislocations can be effectively reduced as compared with the case where a stripe-shaped protective film not set in the above range is formed. The surface condition can be improved.
【0035】ここで、基板表面、非マスク領域におけ
る、窒化ガリウムを成長させるための表面は、窒化物半
導体が好ましい。また図6(x)〜(z)のように、窒
化物半導体層に凹凸を設けて選択成長層を形成する場合
には、凹部の側面から窒化ガリウムを成長させることか
ら、凹部底面は異種基板10の表面が露出されていても
よい。Here, the surface of the substrate for growing gallium nitride in the non-mask region is preferably a nitride semiconductor. Further, as shown in FIGS. 6 (x) to 6 (z), in the case where the nitride semiconductor layer is provided with irregularities to form a selective growth layer, gallium nitride is grown from the side surfaces of the concave portions, so that the bottom surface of the concave portions is made of a different substrate. The surface of 10 may be exposed.
【0036】また、非マスク領域として基板表面のバッ
ファ層12に凹部を設ける場合、具体的な方法として、
エッチング技術、ダイシング技術等を用いて所望の凹凸
形状を形成することができる。この時、図6(x)〜
(z)に示すように、凸部上部(マスク領域表面)に、
窒化物半導体が成長されない又は成長が困難な保護膜を
設けて、凹部(非マスク領域)側面からの窒化物半導体
の横方向の成長(図6(y))を凸部上部における成長
に対して優先させることが好ましく、さらに図示はして
いないが、凹部(非マスク領域)底面にも前記保護膜を
設けて、前記横方向の成長をさらに助長するようにして
も良い。逆に、保護膜18を設けないか、保護膜18に
代えて、凸部が形成された窒化物半導体13aと異なる
窒化物半導体を設けることもでき、この場合には、凸部
側面と凸部上面の両方から窒化物半導体が、横方向成
長、膜厚方向成長の両方向に成長し、最終的に隣同士の
凸部から成長した窒化物半導体が結合して成膜される。When a concave portion is provided in the buffer layer 12 on the substrate surface as a non-mask region, a specific method is as follows.
A desired concavo-convex shape can be formed by using an etching technique, a dicing technique, or the like. At this time, FIG.
As shown in (z), on the upper part of the convex part (the surface of the mask area),
By providing a protective film on which the nitride semiconductor is not grown or difficult to grow, the lateral growth (FIG. 6 (y)) of the nitride semiconductor from the side surface of the concave portion (non-mask region) is performed with respect to the growth on the upper portion of the convex portion. It is preferable to give priority to this, and although not shown, the protective film may be provided also on the bottom surface of the concave portion (non-mask region) to further promote the lateral growth. Conversely, the protective film 18 may not be provided, or a nitride semiconductor different from the nitride semiconductor 13a having the convex portion may be provided instead of the protective film 18. In this case, the side surface of the convex portion and the convex portion The nitride semiconductor grows from both the upper surface in both the lateral growth direction and the film thickness direction growth, and finally, the nitride semiconductor grown from the adjacent protrusions is combined to form a film.
【0037】マスクを構成するための窒化物半導体が成
長しない又は成長が困難な保護膜の材料としては、窒化
物半導体12の表面をドライエッチングで改質する際に
バッファ層(窒化物半導体層)12を保護できるような
材料であればよく、例えば酸化物、金属、フッ化物、窒
化物、等が挙げられる。より具体的には酸化ケイ素(S
iOX)、窒化ケイ素(SiXNY)、酸化チタン(Ti
OX)、酸化ジルコニウム(ZrOX)等の酸化物、窒化
物、またこれらの多層膜、金属等を用いることができ
る。この中でも、特に好ましい保護膜材料としては、S
iO2及びSiNが挙げられる。このような保護膜を用
いると、ドライエッチング時の選択性、及び窒化物半導
体へ拡散を抑えることができるという点で好ましい。As a material of a protective film on which a nitride semiconductor does not grow or is difficult to grow for forming a mask, a buffer layer (nitride semiconductor layer) when the surface of the nitride semiconductor 12 is modified by dry etching. Any material can be used as long as it can protect the material 12, such as an oxide, a metal, a fluoride, and a nitride. More specifically, silicon oxide (S
iO x ), silicon nitride (Si x N y ), titanium oxide (Ti
O X), an oxide such as zirconium oxide (ZrO X), nitrides, or these multilayer films, it is possible to use a metal or the like. Among them, particularly preferred protective film materials include S
iO 2 and SiN. The use of such a protective film is preferable in terms of selectivity during dry etching and suppression of diffusion into the nitride semiconductor.
【0038】また、これらの保護膜を形成する方法とし
ては、従来知られている蒸着、スパッタ、CVD等の気
相成膜技術を用いることができる。また、ストライプ状
の保護膜18を用いて選択成長層を形成する場合、C面
を主面とするサファイア、A面を主面とするサファイ
ア、又は(111)面を主面とするスピネルを異種基板
として用いることが好ましい。以下、それぞれの異種基
板を用いる場合についてより詳細に説明する。C面を主
面とするサファイアを用いる場合、マスク領域のストラ
イプが、そのサファイアのA面に対してほぼ垂直な方向
に長手方向を有していることが好ましく、また、第1の
主面がサファイアC面からオフアングルしている場合に
はオフ角を0.1°以上0.5°以下の範囲、好ましく
は0.1°以上0.2°以下の範囲とする。As a method for forming these protective films, conventionally known vapor deposition techniques such as vapor deposition, sputtering, and CVD can be used. When the selective growth layer is formed using the protective film 18 in the form of a stripe, sapphire having a C-plane as a main surface, sapphire having a A-plane as a main surface, or spinel having a (111) plane as a main surface are different types. It is preferably used as a substrate. Hereinafter, the case of using different kinds of substrates will be described in more detail. In the case of using sapphire whose main surface is the C plane, the stripes in the mask region preferably have a longitudinal direction in a direction substantially perpendicular to the A plane of the sapphire. When the sapphire is off-angled from the C plane, the off-angle is in the range of 0.1 ° to 0.5 °, preferably in the range of 0.1 ° to 0.2 °.
【0039】また、A面を主面とするサファイア基板を
用い、ストライプ状のマスクを形成する場合には、マス
ク領域のストライプの長手方向が、そのサファイアのR
面に対してほぼ垂直な方向に一致させることが好まし
い。また(111)面を主面とするスピネル基板を用
い、マスク領域のストライプの長手方向を、そのスピネ
ル(MgAl2O4)の(110)面に対してほぼ垂直に
すること、若しくは図5(a)に示すように、これらの
垂直な方向からθだけ傾いた方向とすることが好まし
い。なぜなら、異種基板とマスク領域のストライプ方向
が上記組み合わせであると、基板面内(異種基板の第1
の主面に平行な面内)において、窒化物半導体の成長が
異方性を有し、選択成長層の横方向の成長(ストライプ
方向に垂直な方向)が窒化物半導体の成長容易な方向と
なり、好ましいELOG成長が実現されるからである。
ここで、θとしては、0.1〜0.4°の範囲とするこ
とが好ましい。When a sapphire substrate having the A-plane as the main surface is used to form a stripe-shaped mask, the longitudinal direction of the stripe in the mask region is determined by the R direction of the sapphire.
It is preferable to match the direction substantially perpendicular to the plane. Further, using a spinel substrate having the (111) plane as a main surface, the longitudinal direction of the stripe in the mask region is made substantially perpendicular to the (110) plane of the spinel (MgAl 2 O 4 ), or FIG. As shown in a), the direction is preferably inclined by θ from these perpendicular directions. This is because if the heterogeneous substrate and the stripe direction of the mask region are in the above combination, the in-plane of the substrate (first heterogeneous substrate)
(In a plane parallel to the main surface of the substrate), the growth of the nitride semiconductor has anisotropy, and the lateral growth of the selective growth layer (the direction perpendicular to the stripe direction) is a direction in which the growth of the nitride semiconductor is easy. This is because preferable ELOG growth is realized.
Here, θ is preferably in the range of 0.1 to 0.4 °.
【0040】以上のように、窒化ガリウムからなる選択
成長層を窒化物半導体層13aとすることで、異種基板
10を用いることにより発生する貫通転位が素子構造に
まで伝播することを防ぐことができる。また、窒化物半
導体層13aの結晶性及び表面モフォロジー共により良
好な窒化ガリウム系半導体発光素子用基板を形成でき、
良好なレーザ特性の素子を構成することが可能になる。
また、選択成長層は上述した横方向の成長を伴うことか
ら、発生する転位がその成長形態に対応して不均一に分
布する。このため、基板層表面及びその近傍において、
転位密度が高い領域と低い領域とが生じる傾向があり、
レーザ素子構造の形成する場合には、この転位密度の分
布を考慮して、レーザ素子を転位密度の低い領域に形成
することが好ましい。As described above, by using the nitride semiconductor layer 13a as the selective growth layer made of gallium nitride, it is possible to prevent threading dislocations generated by using the heterogeneous substrate 10 from propagating to the element structure. . In addition, it is possible to form a good gallium nitride based semiconductor light emitting device substrate with good crystallinity and surface morphology of the nitride semiconductor layer 13a,
An element having good laser characteristics can be formed.
Further, since the selective growth layer involves the above-described lateral growth, generated dislocations are unevenly distributed according to the growth mode. Therefore, on the substrate layer surface and in the vicinity thereof,
There is a tendency for regions with high and low dislocation densities to occur,
When forming the laser element structure, it is preferable to form the laser element in a region having a low dislocation density in consideration of the distribution of the dislocation density.
【0041】具体的には、マスク領域にSiO2等の保
護膜を用いて、選択成長層である基板層を形成した場合
には、図8に示すように、保護膜18上を横方向に成長
した窒化物半導体13aが接合する保護膜18の中央部
付近(図8において26の符号で示す部分)及び隣接す
る保護膜18の間とその上に成長された領域(図8にお
いて符号25を付して示す部分)に転位が多くなる。こ
れに対して、領域25と領域26の間に位置する保護膜
18の上であって保護膜18の中央部付近の部分26を
除く領域24が最も結晶性良く成膜される。したがっ
て、この領域24の上に最もレーザ素子の中で結晶性の
良い膜が必要とされる光導波路が位置するように素子を
構成する。ここで、図8は、窒化ガリウム系素子用半導
体基板の上に形成されたレーザ素子を模式的に示す断面
図であって、図8において、14,15,16の符号を
付して示す層はそれぞれ、n型層、活性層、p型層を示
し、22はp型層16に形成されたリッジを示す。この
図8に示すように、リッジ構造のレーザ素子では、結晶
性の良い領域24の上方にリッジが位置するようにレー
ザ素子を設けている。More specifically, when a substrate layer as a selective growth layer is formed by using a protective film such as SiO 2 in the mask region, as shown in FIG. The vicinity of the central portion of the protective film 18 to which the grown nitride semiconductor 13a is bonded (portion indicated by reference numeral 26 in FIG. 8) and the region between and adjacent to the protective film 18 (the reference numeral 25 in FIG. Dislocations increase in the area shown in FIG. On the other hand, the region 24 is formed with the highest crystallinity on the protective film 18 located between the region 25 and the region 26 and excluding the portion 26 near the center of the protective film 18. Therefore, the element is configured such that an optical waveguide that requires a film with good crystallinity among the laser elements is located on this region 24. FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a laser device formed on a semiconductor substrate for a gallium nitride-based device. In FIG. 8, layers denoted by reference numerals 14, 15, and 16 in FIG. Indicates an n-type layer, an active layer, and a p-type layer, respectively, and 22 indicates a ridge formed on the p-type layer 16. As shown in FIG. 8, in the laser device having the ridge structure, the laser device is provided so that the ridge is located above the region 24 having good crystallinity.
【0042】この結晶性の良い領域24は、転位密度が
1×1010/cm2以下であり、好ましくは1×10
8/cm2以下となるものである。また、結晶性の良い
領域25,26では、転位密度が1×1010/cm2
以上となり、欠陥が多い場合には1×1013/cm2
以上となる場合もある。The region 24 having good crystallinity has a dislocation density of 1 × 10 10 / cm 2 or less, preferably 1 × 10 10 / cm 2.
8 / cm 2 or less. In the regions 25 and 26 having good crystallinity, the dislocation density is 1 × 10 10 / cm 2.
As described above, when there are many defects, 1 × 10 13 / cm 2
In some cases, this is the case.
【0043】また、図6(x)〜(y)で示す方法で窒
化物半導体層13aを成膜した場合は、横方向の成長に
よる窒化物半導体の接合部となる非マスク領域の中央部
(凹部の中央部付近)で転位が多く観られる。このた
め、レーザ素子、特にレーザ素子における光導波路が形
成される領域を、この転位密度の高い領域を避けるよう
に設けることで、良好にレーザ特性を有しかつ素子信頼
性に優れたレーザ素子が構成できる。以上のような、横
方向成長を伴う選択成長領域表面の結晶性の分布は、そ
の上に成長させた素子構造、若しくは選択成長層の上に
基板として設けた窒化物半導体にも引き継がれる。When the nitride semiconductor layer 13a is formed by the method shown in FIGS. 6 (x) to 6 (y), the central portion of the non-mask region serving as the junction of the nitride semiconductor by lateral growth (FIG. Many dislocations are observed near the center of the recess). Therefore, by providing a laser element, particularly a region where an optical waveguide in the laser device is formed, so as to avoid the region having a high dislocation density, a laser device having good laser characteristics and excellent device reliability can be obtained. Can be configured. As described above, the crystallinity distribution on the surface of the selective growth region accompanied by lateral growth is inherited by the element structure grown thereon or the nitride semiconductor provided as a substrate on the selective growth layer.
【0044】以上のように、本実施の形態では、窒化ガ
リウム系半導体発光素子用基板を形成する際に、ELO
Gなどの選択成長方法を基板面内において、部分的に適
用して、図2(a)(b)に示すように、1つのウエハ
において選択成長により基板層11が形成された第1領
域1(選択成長領域ともいう)と、選択成長をさせるこ
となく通常の膜厚方向に成長させる第2領域2(膜厚成
長領域ともいう)とを面内に分布させている。尚、従来
は、上述したELOGのような選択成長は、ほぼウエハ
の全面に形成される。As described above, in the present embodiment, when forming a gallium nitride-based semiconductor light emitting device substrate,
2 (a) and 2 (b), a selective growth method such as G is partially applied within the substrate plane to form a first region 1 where the substrate layer 11 is formed by selective growth on one wafer. (Also referred to as a selective growth region) and a second region 2 (also referred to as a film thickness growth region) that grows in a normal film thickness direction without performing selective growth are distributed in the plane. Conventionally, selective growth such as the above-described ELOG is formed on almost the entire surface of the wafer.
【0045】次に、以上のように構成された第1領域1
と素子を構成する領域との位置関係について具体的に説
明する。また、図3、4は、この選択成長された第1領
域1と、素子構造が形成される領域4(以下、素子領域
という)との関係を説明するためにそれぞれ模式的に描
いた平面図(図4)と断面図(図3)である。図3から
わかるように、選択成長領域1は、少なくとも素子領域
4の下の一部に設けられる必要がある。特に、図に示す
ように、選択成長領域1は、素子を駆動した時に電流が
流れる領域3(以下、電流駆動領域という)の下に位置
するように形成することが好ましい。Next, the first region 1 configured as described above
The positional relationship between the element and the region forming the element will be specifically described. FIGS. 3 and 4 are plan views schematically illustrating the relationship between the selectively grown first region 1 and a region 4 in which an element structure is formed (hereinafter, referred to as an element region). (FIG. 4) and a sectional view (FIG. 3). As can be seen from FIG. 3, the selective growth region 1 needs to be provided at least in a part below the element region 4. In particular, as shown in the figure, the selective growth region 1 is preferably formed so as to be located below a region 3 through which a current flows when the element is driven (hereinafter referred to as a current drive region).
【0046】これは、ELOG等の選択成長を用いて基
板の上に窒化物半導体を成長させると、その選択成長に
より成長させた窒化物半導体は、良好な結晶性と良好な
表面を有するので、素子領域のうち素子がその機能を実
現するために実際に動作する部分を結晶性良好な部分の
上に形成することにより、素子特性の優れた窒化物半導
体素子を構成することができるからである。ここで、選
択成長された第1領域1では、横方向の成長を利用して
いるため、上述したように、その表面近傍において全て
が結晶性の良好なものとはならず、図8に示すように、
窒化ガリウム系素子用半導体基板は、結晶性の良い領域
24と、その領域24に比較して結晶性が劣る領域2
5,26とが分布した状態になる。したがって、結晶性
の良い領域24の上に、素子の機能を発揮するために重
要な部分が位置するように素子を構成する。This is because, when a nitride semiconductor is grown on a substrate using selective growth such as ELOG, the nitride semiconductor grown by the selective growth has good crystallinity and a good surface. This is because a nitride semiconductor device having excellent device characteristics can be formed by forming a portion of the device region where the device actually operates to realize its function on a portion having good crystallinity. . Here, in the first region 1 that has been selectively grown, since the lateral growth is used, as described above, not all of the first region 1 has good crystallinity in the vicinity of the surface, and the first region 1 is shown in FIG. like,
The semiconductor substrate for a gallium nitride-based element includes a region 24 having good crystallinity and a region 2 having poor crystallinity as compared with the region 24.
5, 26 are distributed. Therefore, the element is configured such that an important portion for exhibiting the function of the element is located on the region 24 having good crystallinity.
【0047】<選択成長領域1とその変形例>以下、本
発明における選択成長領域1について説明する。図2に
示すように、選択成長された第1領域1は、基板(ウエ
ハ)に部分的に形成されるものであり、図2(a)に示
すようなストライプが途中で断絶された矩形状の領域が
配列されたパターン、図2(b)に示すようにストライ
プ状、若しくは格子状など様々なパターンで形成するこ
とができる。この時、図2(a)のように、ある大きさ
の第1領域1が、基板に複数配置されたパターンでは、
各第1領域1の形状としては、矩形状、平行四辺形状、
多角形状、どのような形状にも形成できるが、好ましく
は、素子領域4、素子駆動領域3に対応して設ける。<Selective growth region 1 and its modification> The selective growth region 1 in the present invention will be described below. As shown in FIG. 2, the selectively grown first region 1 is formed partially on the substrate (wafer), and has a rectangular shape in which stripes are cut off in the middle as shown in FIG. Can be formed in various patterns such as a stripe pattern or a grid pattern as shown in FIG. At this time, as shown in FIG. 2A, in a pattern in which a plurality of first regions 1 having a certain size are arranged on a substrate,
The shape of each first region 1 is rectangular, parallelogram,
Although it can be formed in any polygonal shape, it is preferably provided corresponding to the element region 4 and the element driving region 3.
【0048】また、選択成長された第1領域1を図2
(b)に示すように、ウエハにストライプ状に設けて、
図4に示すように、そのストライプの一部を間隔Eを設
けて分割した状態で形成することもできる。この時、間
隔Eとしては、特に限定されないが、具体的には5〜6
0μmであればよい。このように、ストライプ状の第1
領域1を断絶することで、図2(b)に示すように、ス
トライプをウエハの一方の端から他方の端まで設ける場
合に比べて、基板の反りの緩和を良好なものとすること
ができる。これは、ストライプ状に選択成長された第1
領域1を形成すると、ストライプ方向とそれに垂直な方
向で基板の応力に違いが生じ、基板の反りの緩和がスト
ライプ方向とそれに垂直方向では異なるようになるから
である。The selectively grown first region 1 is shown in FIG.
(B) as shown in FIG.
As shown in FIG. 4, a part of the stripe can be formed in a state of being divided with an interval E provided. At this time, the interval E is not particularly limited, but is specifically 5 to 6
It may be 0 μm. Thus, the striped first
By cutting off the region 1, as shown in FIG. 2B, the warpage of the substrate can be reduced more favorably than the case where the stripe is provided from one end to the other end of the wafer. . This is because the first selectively grown stripes
This is because the formation of the region 1 causes a difference in the stress of the substrate between the stripe direction and a direction perpendicular thereto, and the relaxation of the warp of the substrate differs between the stripe direction and the direction perpendicular thereto.
【0049】しかしながら、図2(a)のように、各素
子形成領域に対応させてそれぞれ第1領域1を設けるよ
うにすると、基板の反り応力の緩和における方向依存性
を和らげ、基板面内の全方向において良好な反り緩和を
実現させることができる。この時、第1領域間の間隔、
ストライプを断絶した間隔Eの長さ、などの最適な条件
は、半導体層の膜厚、基板の膜厚にも依存するため、適
宜最適な条件を導き出せば良い。このように、選択成長
された第1領域1を、基板にマトリクス状に設けること
により、2次元的な反り緩和の効果が期待できる。However, as shown in FIG. 2A, when the first regions 1 are provided corresponding to the respective element forming regions, the direction dependency in the relaxation of the warpage stress of the substrate is reduced, and Good warpage mitigation can be realized in all directions. At this time, the interval between the first areas,
Optimum conditions, such as the length of the interval E at which the stripes are cut off, also depend on the thickness of the semiconductor layer and the thickness of the substrate. By providing the selectively grown first regions 1 in a matrix on the substrate, a two-dimensional warpage reduction effect can be expected.
【0050】本発明において、選択成長領域1は、どの
ような形状、パターンで設けられる場合にも、図4に示
すように、素子領域4の少なくとも光導波路を形成すべ
き領域の下の領域が選択成長された第1領域1となるよ
うに設けることが好ましい。これは、光導波路部分の結
晶性が素子特性に影響するからである。すなわち、本発
明のように、部分的な選択成長を用いることで、反りを
緩和した状態を作り出し、反りの小さな状態で、基板と
なる窒化物半導体を成長させることで、反りの大きな状
態で成長させる場合に比べて、反りの小さな窒化物半導
体基板が得られる。In the present invention, when the selective growth region 1 is provided in any shape and pattern, as shown in FIG. 4, at least the region below the region where the optical waveguide is to be formed in the element region 4 is formed. It is preferable to provide the first region 1 that has been selectively grown. This is because the crystallinity of the optical waveguide affects the device characteristics. That is, as in the present invention, by using partial selective growth, a state in which warpage is relaxed is created, and in a state where warpage is small, a nitride semiconductor serving as a substrate is grown, so that growth is performed in a state where warpage is large. Thus, a nitride semiconductor substrate with a smaller warp can be obtained.
【0051】<素子駆動領域3>本発明において、素子
駆動領域3は、図3に示すように、素子駆動時に電流2
3が流れる領域として定義され、選択成長された第1領
域1は、少なくとも素子駆動領域3下には設けられてい
ることが好ましい。このように、優れた結晶性を有する
選択成長領域1の上に、電流が流れる素子駆動領域3を
形成するようにすると、結晶性の良い素子駆動領域3を
構成することができ、その結果、素子特性の優れた窒化
物半導体素子を作製できる。尚、レーザ素子の場合の素
子駆動領域3は、その領域3においてストライプ状のリ
ッジ22を設け、そのリッジの上に同じくストライプ状
のp電極を形成することにより、図3に示すように、そ
の領域3を電流の流れる領域とすることができ、かつ、
素子駆動領域3においてリッジの直下にストライプ状の
光導波路が形成される。<Device Driving Region 3> In the present invention, as shown in FIG.
It is preferable that the first region 1 defined as a region through which the region 3 flows and selectively grown is provided at least below the element driving region 3. As described above, when the element driving region 3 through which a current flows is formed on the selective growth region 1 having excellent crystallinity, the element driving region 3 having good crystallinity can be formed. As a result, A nitride semiconductor device having excellent device characteristics can be manufactured. In the case of a laser device, the device driving region 3 is provided with a stripe-shaped ridge 22 in the region 3 and by forming a stripe-shaped p-electrode on the ridge as shown in FIG. The region 3 can be a region where a current flows, and
A stripe-shaped optical waveguide is formed immediately below the ridge in the element driving region 3.
【0052】このようにすると光導波路が、結晶性の良
い素子駆動領域3に形成されるので、発光再結合されか
つ光が伝送される光導波路を構成する窒化物半導体層の
結晶性が良好にでき、素子寿命を長くすることができ
る。以上のように、選択成長された第1領域1は、好ま
しくは導波路領域の下に位置するように形成し、少なく
ともリッジ部22の直下に形成する。In this manner, the optical waveguide is formed in the element driving region 3 having good crystallinity, so that the nitride semiconductor layer constituting the optical waveguide through which light is recombined and light is transmitted has good crystallinity. And the life of the device can be extended. As described above, the selectively grown first region 1 is preferably formed so as to be located below the waveguide region, and is formed at least immediately below the ridge portion 22.
【0053】<素子領域4>素子領域4は、最終的に1
つの素子として独立して駆動できるように、電気的に絶
縁されて絶縁性の異種基板上に配置される。この状態
で、素子領域4は、ウエハを切断してチップ化した際の
チップ領域に対応する。また、本発明では、素子領域4
と選択成長領域1とは、例えば電流駆動領域が選択成長
領域1と重なるように、少なくとも一部が重なるように
形成する(図4)。さらに、本発明は、形成すべき素子
の形状、素子領域の形状、大きさには特に限定されず、
種々の形状および大きさのものに適用できる。<Element region 4> The element region 4 finally becomes 1
The elements are electrically insulated and arranged on a different kind of insulating substrate so that they can be driven independently as one element. In this state, the element region 4 corresponds to a chip region when the wafer is cut into chips. In the present invention, the element region 4
And the selective growth region 1 are formed so that at least a part thereof overlaps, for example, such that the current drive region overlaps with the selective growth region 1 (FIG. 4). Further, the present invention is not particularly limited to the shape of the element to be formed, the shape and the size of the element region,
It can be applied to various shapes and sizes.
【0054】変形例.また、本実施の形態では、異種基
板10を含む窒化ガリウム系素子用半導体基板について
説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、図
2において、異種基板10を取り除いたものを、窒化ガ
リウム系素子用半導体基板として用いてもよい。すなわ
ち、異種基板10の上に、部分的にELOGなどの横方
向の成長を伴って成長された窒化物半導体層13aを含
む窒化物半導体層13形成した後、異種基板10を除去
して含む窒化物半導体層13そのものを窒化ガリウム系
素子用半導体基板として用いてもよい。このように作製
された窒化ガリウム系素子用半導体基板の反りも実施の
形態と同様に緩和される。このように、異種基板10を
除去して単体基板を得るためには、上述した異種基板1
0の上に、比較的厚い膜の窒化物半導体を成長させ、異
種基板10を除去することになるが、この場合、窒化物
半導体の膜厚として、具体的には50μm以上で形成す
ることにより異種基板を除去することができるが、好ま
しくは窒化物半導体を100μm以上に形成して、異種
基板を除去する。Modified example. Further, in the present embodiment, a semiconductor substrate for a gallium nitride-based element including a heterogeneous substrate 10 has been described. However, the present invention is not limited to this. In FIG. It may be used as a semiconductor substrate for gallium-based devices. That is, after the nitride semiconductor layer 13 including the nitride semiconductor layer 13a grown along with the lateral growth of ELOG or the like is partially formed on the heterogeneous substrate 10, the nitride semiconductor including the heterogeneous substrate 10 is removed. The material semiconductor layer 13 itself may be used as a semiconductor substrate for a gallium nitride-based element. The warpage of the semiconductor substrate for a gallium nitride-based device manufactured as described above is also reduced as in the embodiment. As described above, in order to obtain the single substrate by removing the heterogeneous substrate 10, the above-described heterogeneous substrate 1 is used.
A relatively thick nitride semiconductor is grown on the substrate 0 and the heterogeneous substrate 10 is removed. In this case, the nitride semiconductor is formed to have a specific thickness of 50 μm or more. The heterogeneous substrate can be removed. Preferably, the nitride semiconductor is formed to have a thickness of 100 μm or more to remove the heterogeneous substrate.
【0055】以上の実施の形態の窒化ガリウム系素子用
基板では、バッファ層12の上に、窒化物半導体層13
を成長させるようにしたが、本発明はこれに限られるも
のではなく、後述の実施例1に示すように、バッファ層
12の上に下地層を成長させ、その下地層の上に保護膜
18を形成して窒化物半導体層13を成長させるように
してもよい。In the gallium nitride device substrate of the above embodiment, the nitride semiconductor layer 13 is formed on the buffer layer 12.
However, the present invention is not limited to this. As shown in Example 1 described later, a base layer is grown on the buffer layer 12 and a protective film 18 is formed on the base layer. May be formed to grow the nitride semiconductor layer 13.
【0056】[0056]
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。 [実施例1]本実施例1は、図1に示す窒化ガリウム系
素子用半導体基板を用いて、図10に示す構成のレーザ
素子を構成した場合の例であって、以下のように作製さ
れる。本実施例1では、まず、窒化物半導体を成長させ
る異種基板10として、厚さが425μm、2インチ
φ、主面がC面、オリエンテーションフラット面(以
下、オリフラ面と記す)がA面のサファイア基板を用意
し、MOCVDの反応容器内にそのウエハをセットす
る。Embodiments of the present invention will be described below. Example 1 Example 1 is an example in which a laser device having the structure shown in FIG. 10 is formed using the gallium nitride-based device semiconductor substrate shown in FIG. 1 and manufactured as follows. You. In the first embodiment, first, as a heterogeneous substrate 10 on which a nitride semiconductor is grown, a sapphire substrate having a thickness of 425 μm, 2 inches φ, a main surface of a C surface, and an orientation flat surface (hereinafter, referred to as an orientation flat surface) of an A surface. A substrate is prepared, and the wafer is set in a MOCVD reaction vessel.
【0057】そして、まず、温度を510℃にして、キ
ャリアガスに水素、原料ガスにアンモニアとTMG(ト
リメチルガリウム)とを用い、サファイア基板1上にG
aNよりなるバッファ層(図示されていない)を約20
0Å(オングストローム)の膜厚で成長させる。次に、
温度を1050℃とし、原料ガスにTMG、アンモニア
を用い、アンドープのGaNよりなる下地層を2.5μ
mの膜厚で成長させる。下地層を形成した後、その下地
層の上に図6(a)に示すように、開口部を有するSi
O2からなる保護膜18を形成して、開口部を介して窒
化ガリウムを選択成長させることにより選択成長層を形
成する。以上のようにして、バッファ層、下地層及び選
択成長層からなる基板層112を形成する。First, the temperature is set to 510 ° C., and hydrogen is used as the carrier gas, ammonia and TMG (trimethylgallium) are used as the source gas, and G is deposited on the sapphire substrate 1.
a buffer layer (not shown) made of aN
It is grown to a thickness of 0 ° (angstrom). next,
The temperature was set to 1050 ° C., TMG and ammonia were used as source gases, and an underlayer made of undoped GaN was 2.5 μm.
It is grown to a thickness of m. After forming the underlayer, Si having an opening is formed on the underlayer as shown in FIG.
A protective film 18 made of O 2 is formed, and gallium nitride is selectively grown through an opening to form a selective growth layer. As described above, the substrate layer 112 including the buffer layer, the underlayer, and the selective growth layer is formed.
【0058】選択成長層の成長は、図6(a)〜(c)
に示す順序にしたがって行われるが、本実施例1の例で
は、バッファ層と下地層を合わせた層が、図6(a)に
おけるバッファ層12に相当する。すなわち、実施例1
では、下地層を形成後、ウエハを反応容器から取り出
し、CVD装置に載置して、下地層の上に選択成長させ
るため保護膜18を形成する(図6(a))。この時、
マスク領域となる保護膜18としては、図5に示すよう
にサファイア基板のオリフラ面(A面)に垂直な方向か
らθ=0.2°だけ傾けたストライプ状のSiO2膜
を、幅5μm、隣接する保護膜18間の間隔(開口部の
幅)が15μmになるように、前記下地層上に形成す
る。The growth of the selective growth layer is shown in FIGS.
In the example of the first embodiment, the combined layer of the buffer layer and the underlayer corresponds to the buffer layer 12 in FIG. That is, the first embodiment
Then, after forming the underlayer, the wafer is taken out of the reaction vessel, placed in a CVD apparatus, and a protective film 18 is formed on the underlayer for selective growth (FIG. 6A). At this time,
As the protective film 18 serving as a mask region, as shown in FIG. 5, a stripe-shaped SiO 2 film inclined at θ = 0.2 ° from a direction perpendicular to the orientation flat surface (A surface) of the sapphire substrate has a width of 5 μm. The protective film 18 is formed on the underlayer so that the interval (width of the opening) between the adjacent protective films 18 is 15 μm.
【0059】ここで、本実施例1において、選択成長を
部分的に適用して、選択成長を適用した第1領域1と選
択成長を適用していない第2領域とを交互に、ストライ
プ状に設けるが、選択成長が適用される第1領域の幅は
200μm、選択成長が適用されない第2領域の幅は1
60μmとし、選択成長を適用する第1領域のストライ
プの長手方向が、後から形成するレーザ素子の共振器方
向とほぼ平行となるように形成する。この時、図4に示
すように、選択成長される第1領域のストライプ方向に
おいて、部分的に選択成長領域1が途切れる領域Eが形
成されるように、第1領域を形成する。具体的には、1
つの第1領域1の上に、それぞれ6つの素子領域4が含
まれるように形成する。Here, in the first embodiment, the selective growth is partially applied, and the first region 1 to which the selective growth is applied and the second region to which the selective growth is not applied are alternately formed in a stripe shape. The width of the first region to which the selective growth is applied is 200 μm, and the width of the second region to which the selective growth is not applied is 1
The length is 60 μm, and the longitudinal direction of the stripe in the first region to which the selective growth is applied is formed so as to be substantially parallel to the cavity direction of a laser element to be formed later. At this time, as shown in FIG. 4, the first region is formed such that a region E where the selective growth region 1 is partially interrupted is formed in the stripe direction of the first region to be selectively grown. Specifically, 1
On each of the first regions 1, six element regions 4 are formed.
【0060】そして、上述のようにして下地層の上に保
護膜18を形成したが、ウエハをMOCVD反応容器内
に戻し、温度1050℃、原料ガスTMG、アンモニア
を用いて、第1領域を形成する領域では、保護膜18の
設けられていない非マスク領域表面、すなわち下地層が
露出している表面からアンドープのGaNを成長させる
ことにより、マスク領域を覆うように横方向成長を伴っ
て基板層112を形成し、第2領域を形成する領域で
は、下地層の表面から実質的に縦方向成長のみによって
基板層112を形成する。このようにして、横方向成長
を伴う(選択成長させる)第1領域1と実質的に縦方向
成長のみにより形成される第2領域2とを、15μmの
膜厚で成長させ(図6(b),(c)参照)、平坦な表
面有する基板層112を形成する(図6(c)参照)。Then, the protective film 18 was formed on the underlayer as described above. However, the wafer was returned to the MOCVD reaction vessel, and the first region was formed at a temperature of 1050 ° C. using a source gas TMG and ammonia. In the region where the protective film 18 is not provided, undoped GaN is grown from the surface of the non-mask region where the protective film 18 is not provided, that is, the surface where the underlayer is exposed, so that the substrate layer is grown laterally so as to cover the mask region. In the region where the second region is to be formed, the substrate layer 112 is formed substantially only by vertical growth from the surface of the underlayer. In this way, the first region 1 with lateral growth (selective growth) and the second region 2 formed substantially only by vertical growth are grown to a thickness of 15 μm (FIG. 6B ), (C)), and a substrate layer 112 having a flat surface is formed (see FIG. 6 (c)).
【0061】この選択成長層の成長は、初期段階におい
て、選択的に非マスク領域だけに窒化物半導体が成長す
るが、ある程度の膜厚で成長すると、厚さ方向への成長
に加えて、マスク領域の保護膜18に向かう横方向(基
板面内)に成長して、マスク領域の上部が横方向成長し
た窒化物半導体によりふさがれる結果、下地層の上に膜
厚15μmの平坦な表面を有する基板層112が形成さ
れる。本実施例1においては、ELOGによる選択成長
による第1領域1を基板面内において、部分的に形成す
ることで、基板面内のほぼ全面に選択成長させる場合に
比べて、基板の反りの少ない窒化ガリウム系素子用半導
体基板を得ることができた。この時、ウエハの反りは、
図7に示すように、反りの頂上部(ウエハの中央部)か
ら一定距離離れた位置で、水平位置からの距離hを、複
数地点について測定して評価した。その結果、基板面内
のほぼ全面に選択成長させる比較例に比べて、距離の比
(実施例1のh)/(比較例1のh)で、10〜15%
の反りの緩和が観られた。In the growth of the selective growth layer, in the initial stage, the nitride semiconductor grows selectively only in the non-mask region. However, when the nitride semiconductor grows to a certain thickness, in addition to the growth in the thickness direction, the mask grows in the thickness direction. As a result of growing in the lateral direction (within the substrate plane) toward the protective film 18 in the region, the upper portion of the mask region is blocked by the laterally grown nitride semiconductor, so that the underlying layer has a flat surface with a thickness of 15 μm. A substrate layer 112 is formed. In the first embodiment, the first region 1 formed by selective growth by ELOG is partially formed in the substrate surface, so that the substrate is less warped as compared with the case where the first region 1 is selectively grown almost entirely in the substrate surface. A semiconductor substrate for a gallium nitride based device was obtained. At this time, the warpage of the wafer is
As shown in FIG. 7, a distance h from a horizontal position at a position away from the top of the warp (the center of the wafer) by a certain distance was measured and evaluated at a plurality of points. As a result, the distance ratio (h in Example 1) / (h in Comparative Example 1) is 10 to 15% as compared with the comparative example in which selective growth is performed over almost the entire surface of the substrate.
Of warpage was observed.
【0062】次に、実施例1では、このようにして作製
された異種基板10上に基板層112が形成された窒化
ガリウム系素子用半導体基板として用い、その上に、以
下の層を形成することによりレーザ素子を構成した。n
側コンタクト層103として、膜厚4μmの、Siを3
×1018/cm3ドープしたGaNを形成する。クラ
ック防止層104として、膜厚0.15μmのIn0.06
Ga0.94N(省略してもよい)を形成する。n側クラッ
ド層105として、総膜厚1.2μmの超格子構造であ
って、膜厚25ÅのアンドープAl0.05Ga
0.95Nと、膜厚25Å、Siを1×1019/cm3ド
ープしたGaNと、を交互に積層する。n側光ガイド層
106として、膜厚0.15μmのアンドープGaNを
形成する。活性層107として、総膜厚550Åの多重
量子井戸構造であって、Siを5×1018/cm3ド
ープした膜厚140ÅのSiドープIn0.05Ga
0. 95Nよりなる障壁層(B)と、膜厚50Åのアンド
ープIn0.13Ga0.8 7Nよりなる井戸層(W)と
を、(B)-(W)-(B)-(W)-(B)の順に積層する。p側電子閉
込め層108として、膜厚100Å、Mgを1×10
20/cm3ドープしたp型Al0.3Ga0.7Nを形
成する。p側光ガイド層109として、膜厚0.15μ
mのMgを1×1018/cm3ドープしたp型GaNを
形成する。p側クラッド層110として、総膜厚0.4
5μmの超格子構造 膜厚25ÅのアンドープAl
0.05Ga0.95Nと、膜厚25ÅでMgを1×1
020/cm3ドープしたp型GaNと、を交互に積層す
る。p側コンタクト層111として、膜厚150Å、M
gを2×1020/cm3ドープしたp型GaNを形成す
る。Next, in Example 1, a gallium nitride-based element semiconductor substrate having a substrate layer 112 formed on a heterogeneous substrate 10 thus manufactured is used, and the following layers are formed thereon. Thus, a laser device was formed. n
As the side contact layer 103, 3 μm of Si having a thickness of 4 μm is used.
GaN doped with × 10 18 / cm 3 is formed. As the crack preventing layer 104, In 0.06 having a thickness of 0.15 μm is used.
Ga 0.94 N (may be omitted) is formed. The n-side cladding layer 105 has a superlattice structure having a total film thickness of 1.2 μm and an undoped Al 0.05 Ga film having a film thickness of 25 °.
And 0.95 N, laminated film thickness 25 Å, and GaN was 1 × 10 19 / cm 3 doped with Si, an alternately. As the n-side light guide layer 106, undoped GaN having a thickness of 0.15 μm is formed. The active layer 107 has a multiple quantum well structure with a total film thickness of 550 °, and is Si doped In 0.05 Ga with a film thickness of 140 ° doped with Si at 5 × 10 18 / cm 3.
0. A barrier layer composed of 95 N (B), an undoped In 0.13 Ga 0.8 7 well layer made of N with a thickness of 50Å and a (W), (B) - (W) - (B) - (W )-(B). As the p-side electron confinement layer 108, a film thickness of 100 ° and Mg of 1 × 10
20 / cm 3 doped p-type Al 0.3 Ga 0.7 N is formed. 0.15 μm in thickness as the p-side light guide layer 109
A p-type GaN doped with m Mg at 1 × 10 18 / cm 3 is formed. As the p-side cladding layer 110, a total film thickness of 0.4
5 μm superlattice structure, 25 ° thick undoped Al
0.05 Ga 0.95 N and 1 × 1 Mg with a thickness of 25 °
0 20 / cm 3 doped p-type GaN are alternately stacked. As the p-side contact layer 111, a film thickness of 150
g is doped with 2 × 10 20 / cm 3 to form p-type GaN.
【0063】以上の各層を形成した後、MOCVD装置
からウエハを取り出し、積層した半導体層を、エッチン
グにより微細加工し、レーザ素子としての共振器構造を
形成する。具体的には、まず、取り出したウエハ表面
(p側コンタクト層111表面)に所望のパターン状の
SIO2膜をフォトリソグラフィー技術により形成し、
前記n側コンタクト層103が露出するまでエッチング
して、n電極形成面を設ける。次に、n側コンタクト層
103を露出させなかった領域に、リッジストライプを
形成する。すなわち、p側コンタクト層111表面に、
SiO2よりなるマスクを形成し、フォトリソグラフィ
ー技術により幅1.8μmのストライプ状のSiO2よ
りなるマスクを形成する。そして、SiCl4ガスを用
いてRIEにより、p側コンタクト層111、およびp
側クラッド層110、p側光ガイド層の一部をエッチン
グして除去し、リッジストライプを形成する。After forming each of the above layers, the wafer is taken out of the MOCVD apparatus, and the laminated semiconductor layers are finely processed by etching to form a resonator structure as a laser element. Specifically, first, an SIO 2 film having a desired pattern is formed on the wafer surface (p-side contact layer 111 surface) by photolithography.
Etching is performed until the n-side contact layer 103 is exposed to provide an n-electrode formation surface. Next, a ridge stripe is formed in a region where the n-side contact layer 103 is not exposed. That is, on the surface of the p-side contact layer 111,
Forming a mask made of SiO 2, a mask made of a stripe-shaped SiO 2 of width 1.8μm by a photolithography technique. Then, the p-side contact layer 111 and the p-side contact layer 111 are formed by RIE using SiCl 4 gas.
The side cladding layer 110 and a part of the p-side light guide layer are removed by etching to form a ridge stripe.
【0064】リッジストライプを形成した後、さらにP
VD装置にウエハを搬送してSiO 2からなるマスクの
上から形成したリッジストライプの露出した表面にかけ
て、Zr(主としてZrO2)よりなる保護膜162
(埋込層)を0.5μm厚さで形成し、ウエハをフッ酸
に浸漬し、SiO2のマスクをリフトオフ法により除去
する。After forming the ridge stripe, P
The wafer is transferred to the VD device and TwoConsisting of a mask
Over the exposed surface of the ridge stripe formed from above
And Zr (mainly ZrOTwo) Of protective film 162
(Embedded layer) is formed to a thickness of 0.5 μm, and the wafer is treated with hydrofluoric acid.
Immersion in SiOTwoMask is removed by lift-off method
I do.
【0065】このようにして、図10に示すようなスト
ライプ状の導波路領域を形成するための、幅1.8μm
のリッジストライプが形成され、ここで、リッジストラ
イプはp側光ガイド層が0.1μmの膜厚となる深さま
で形成されている。最後に、前記エッチングにより露出
したn側コンタクト層103、p側コンタクト層111
表面にそれぞれTi/Alよりなるn電極121、Ni
/Auよりなるp電極120(図10に示すようにリッ
ジストライプ表面に設けられた保護膜162にわたって
形成される)を、図10に示すように形成する。As described above, the width of 1.8 μm for forming the striped waveguide region as shown in FIG.
The ridge stripe is formed to a depth where the p-side light guide layer has a thickness of 0.1 μm. Finally, the n-side contact layer 103 and the p-side contact layer 111 exposed by the etching
An n-electrode 121 made of Ti / Al on the surface, Ni
A p-electrode 120 of / Au (formed over the protective film 162 provided on the ridge stripe surface as shown in FIG. 10) is formed as shown in FIG.
【0066】次に、図10に示すように、共振器反射面
とするエッチング端面側から約600μmの長さで、各
電極に電気的に接合する取り出し電極122,123を
絶縁膜164を介して形成する。正・負電極を形成後エ
ッチング工程として、図4に示すように、素子領域4と
なる部分を除く半導体層を、エッチングにより除去し
て、異種基板10表面にレーザ素子が複数設けられてい
る状態のウエハを得る。この時、形成された素子領域4
の共振器方向(図中の白抜き矢印)はサファイアA面に
ほぼ垂直に形成され、その共振器の長さは600μmと
し、それに垂直な方向の素子領域4の長さは675μm
である。Next, as shown in FIG. 10, extraction electrodes 122 and 123 electrically connected to the respective electrodes with a length of about 600 μm from the etching end face side serving as the resonator reflection face are interposed via the insulating film 164. Form. As shown in FIG. 4, as an etching step after the formation of the positive and negative electrodes, the semiconductor layer excluding the part to be the element region 4 is removed by etching, and a plurality of laser elements are provided on the surface of the heterogeneous substrate 10. Is obtained. At this time, the formed element region 4
Is formed almost perpendicular to the sapphire A surface, the length of the resonator is 600 μm, and the length of the element region 4 in the direction perpendicular to the direction is 675 μm.
It is.
【0067】さらに、各素子領域4は、共振器方向の距
離(露出した第1の主面の幅)Eは50μmで、図4に
示すように、等間隔に複数配置する。この時、素子駆動
領域3の幅は、約200μmであり、図に示すように選
択成長領域はそれを覆うように形成される。また、共振
器反射面は、上記n電極形成面を露出される時に設けら
れたエッチング端面を用いても良く、窒化物半導体のM
面端面となるように、基板を分割しても良い。ここで
は、エッチング端面を共振器反射面に用いる。Further, a plurality of element regions 4 are arranged at equal intervals as shown in FIG. 4 with a distance E in the resonator direction (width of the exposed first main surface) of 50 μm. At this time, the width of the element driving region 3 is about 200 μm, and the selective growth region is formed so as to cover it as shown in the figure. Further, as the resonator reflection surface, an etched end surface provided when the n-electrode formation surface is exposed may be used.
The substrate may be divided so as to be a face end face. Here, the etched end face is used as the resonator reflection face.
【0068】続いて研磨工程として、異種基板であるサ
ファイア基板の素子構造が形成されていない側(裏面)
を研磨して、厚さ425μm(図中の点線部)から厚さ
約125μm(図中の実線部)とし、異種基板を薄くす
る。次に基板分割して、チップを取り出す。得られるレ
ーザ素子は、室温で閾値電流密度2.5kA/cm2、閾
値電圧4.5Vで、発振波長405nmの連続発振が確
認された。Subsequently, as a polishing step, the side (back side) of the sapphire substrate, which is a heterogeneous substrate, on which the element structure is not formed.
Is polished to a thickness of about 125 μm (solid line part in the figure) from a thickness of 425 μm (dotted line part in the figure) to make the heterogeneous substrate thinner. Next, the substrate is divided and chips are taken out. In the obtained laser element, continuous oscillation with an oscillation wavelength of 405 nm was confirmed at a room temperature at a threshold current density of 2.5 kA / cm 2 and a threshold voltage of 4.5 V.
【0069】[実施例2]実施例1において、下地層を
形成した後、HVPEによりアンドープGaNを100
μmの膜厚で形成し、更に異種基板側から研磨して、こ
の100μmの層が膜厚80μmとなるまで除去して、
GaNからなる窒化物半導体基板を得て、この上に実施
例1と同様な素子構造を形成してレーザ素子を得る。Example 2 In Example 1, after forming the underlayer, 100% of undoped GaN was deposited by HVPE.
formed with a thickness of μm, and further polished from the side of the different kind of substrate, and removed until the 100 μm layer has a thickness of 80 μm.
A nitride semiconductor substrate made of GaN is obtained, and an element structure similar to that of Example 1 is formed thereon to obtain a laser element.
【0070】[比較例1]実施例1において、下地層を
形成する際に、基板面内のほぼ全面に、ストライプ状の
マスクを形成して、ほぼ全面にELOG成長させて選択
成長領域1を形成した窒化物半導体基板を用いる他は、
実施例1と同様にしてレーザ素子を得る。このようにし
て作製した窒化物半導体基板は、実施例1に比べて、基
板の反りが大きくなり、リッジなどを形成する際のエッ
チングにおいて、基板が反っているため精度に劣り、特
にウエハの端では、中央部に比べて大きく基板面が傾斜
しているため、エッチング不良が発生しやすくなる。[Comparative Example 1] In Example 1, when forming the underlayer, a stripe-shaped mask is formed on almost the entire surface of the substrate, and ELOG is grown on almost the entire surface to form the selective growth region 1. Other than using the formed nitride semiconductor substrate,
A laser device is obtained in the same manner as in the first embodiment. The nitride semiconductor substrate manufactured in this manner has a greater warpage of the substrate as compared with the first embodiment, and is inferior in accuracy due to the warpage of the substrate in etching when forming a ridge or the like, and in particular, the edge of the wafer. In this case, since the substrate surface is larger than the central part, etching defects are likely to occur.
【0071】[0071]
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る第1
と第2の窒化ガリウム系素子用半導体基板は、それぞれ
横方向成長を伴って成長された第1の窒化物半導体層を
含む複数の第1領域とそれぞれ実質的に縦方向のみの成
長により成長された第2の窒化物半導体層を含む複数の
第2領域とを有しているので、基板を湾曲させる応力を
第2領域によって緩和でき、基板の反りを小さくでき
る。したがって、本発明に係る第1と第2の窒化ガリウ
ム系素子用半導体基板によれば、基板の反りを小さくで
きるので、素子の製造時において、歩留まりを向上させ
ることができ、かつ良好な素子特性の窒化物半導体素子
を提供できる。As described above, the first embodiment according to the present invention is described.
And the second gallium nitride-based element semiconductor substrate are respectively grown by a plurality of first regions including the first nitride semiconductor layer grown along with the lateral growth and growth substantially only in the vertical direction. Since the second region includes a plurality of second regions including the second nitride semiconductor layer, the stress for bending the substrate can be reduced by the second region, and the warpage of the substrate can be reduced. Therefore, according to the first and second gallium nitride-based semiconductor substrates for a device according to the present invention, the warpage of the substrate can be reduced, so that the yield can be improved during the manufacture of the device, and good device characteristics can be obtained. Can be provided.
【図1】 (a)は本発明に係る実施の形態の窒化ガリ
ウム系素子用半導体基板の平面図であり、(b)は本発
明に係る実施の形態の窒化ガリウム系素子用半導体基板
の平面図である。FIG. 1A is a plan view of a gallium nitride-based device semiconductor substrate according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a plan view of a gallium nitride-based device semiconductor substrate according to an embodiment of the present invention. FIG.
【図2】 図1(a)のX−X’線についての断面図で
ある。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line XX ′ of FIG.
【図3】 (a)は実施の形態の窒化ガリウム系素子用
半導体基板の選択成長された第1領域1、素子が形成さ
れる素子領域4との関係を模式的に示す断面図であり、
(b)は(a)の一部を拡大して示す断面図である。FIG. 3A is a cross-sectional view schematically illustrating a relationship between a selectively grown first region 1 and a device region 4 in which a device is formed in a semiconductor substrate for a gallium nitride-based device according to an embodiment;
(B) is sectional drawing which expands and shows a part of (a).
【図4】 実施の形態の窒化ガリウム系素子用半導体基
板の選択成長された第1領域1、素子が形成される素子
領域4との関係を模式的に示す平面図である。FIG. 4 is a plan view schematically showing a relationship between a selectively grown first region 1 and a device region 4 where a device is formed in the semiconductor substrate for a gallium nitride-based device of the embodiment.
【図5】 本発明に用いることができるオフアングルさ
れた異種基板を示す平面図である。FIG. 5 is a plan view showing an off-angle heterogeneous substrate that can be used in the present invention.
【図6】 本発明の横方向の成長を伴った選択成長を説
明する模式断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating selective growth accompanied by lateral growth of the present invention.
【図7】 基板の反りを評価するためのパラメータhを
示す模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram showing a parameter h for evaluating the warpage of the substrate.
【図8】 本実施の形態の選択成長された第1領域1内
における、結晶性の良い領域と結晶性の悪い領域とが分
布する様子を示す模式断面図である。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing distribution of a region with good crystallinity and a region with poor crystallinity in the selectively grown first region 1 of the present embodiment.
【図9】 (a)(b)は、異種基板10上に均質な窒
化物半導体層を形成した場合における基板が湾曲する様
子を示す側面図であり、(c)(d)は、本実施の形態
に示すように、第1領域1と第2領域2とにより窒化物
半導体層を形成した場合における基板が湾曲する様子を
示す側面図である。FIGS. 9A and 9B are side views showing how a substrate is curved when a uniform nitride semiconductor layer is formed on a heterogeneous substrate 10; FIGS. FIG. 5 is a side view showing a state in which the substrate is curved when a nitride semiconductor layer is formed by the first region 1 and the second region 2 as shown in FIG.
【図10】 本発明に係る実施例1のレーザ素子の構成
を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a laser device according to a first embodiment of the present invention.
【符号の説明】 1…第1領域、 2…第2領域、 3…素子駆動領域、 10…異種基板、 11,112…基板層、 12…バッファ層、 13…選択成長された窒化物半導体層、 14…n型層、 15…活性層、 16…p型層、 17…窒化物半導体層、 18…保護膜、 20…p電極、 21…n電極、 22…リッジ部、 24…結晶性の良い領域、 25…結晶性の悪い領域、 101…基板、 103…n型コンタクト層、 104…クラック防止層、 105…n型クラッド層、 106…n型光ガイド層、 107…活性層、 108…p型電子閉込め層、 109…p型光ガイド層、 110…p型クラッド層、 111…p型コンタクト層、 120…p電極、 121…n電極、 122…pパッド電極、 123…nパッド電極、 163…第3の保護膜(埋込層)、 164…絶縁膜。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... first area, 2 ... second area, 3 ... element driving area, 10 ... different substrate, 11,112 ... substrate layer, 12 ... buffer layer, 13 ... selectively grown nitride semiconductor layer , 14 ... n-type layer, 15 ... active layer, 16 ... p-type layer, 17 ... nitride semiconductor layer, 18 ... protective film, 20 ... p-electrode, 21 ... n-electrode, 22 ... ridge portion, 24 ... crystalline Good area, 25: poor crystallinity area, 101: substrate, 103: n-type contact layer, 104: crack preventing layer, 105: n-type cladding layer, 106: n-type light guide layer, 107: active layer, 108 ... p-type electron confinement layer, 109: p-type light guide layer, 110: p-type cladding layer, 111: p-type contact layer, 120: p-electrode, 121: n-electrode, 122: p-pad electrode, 123: n-pad electrode 163: Third protection (Buried layer), 164 ... insulating film.
Claims (9)
するため半導体基板であって、 上記半導体基板は、窒化ガリウム系化合物半導体とは異
なる材料からなる異種基板上に、それぞれ横方向成長を
伴って成長された第1の窒化物半導体層を含む複数の第
1領域とそれぞれ実質的に縦方向のみの成長により成長
された第2の窒化物半導体層を含む複数の第2領域とを
有してなることを特徴とする窒化ガリウム系素子用半導
体基板。1. A semiconductor substrate for forming a plurality of gallium nitride-based semiconductor elements, wherein the semiconductor substrate is formed on a heterogeneous substrate made of a material different from a gallium nitride-based compound semiconductor, with respective lateral growth. A plurality of first regions including the grown first nitride semiconductor layer, and a plurality of second regions each including the second nitride semiconductor layer grown substantially only in the vertical direction. A gallium nitride-based device semiconductor substrate, comprising:
するため半導体基板であって、 上記半導体基板は、それぞれ横方向成長を伴って成長さ
れた第1の窒化物半導体層を含む複数の第1領域とそれ
ぞれ実質的に縦方向のみの成長により成長された第2の
窒化物半導体層を含む複数の第2領域とを有してなるこ
とを特徴とする窒化ガリウム系素子用半導体基板。2. A semiconductor substrate for forming a plurality of gallium nitride based semiconductor devices, wherein the semiconductor substrate includes a plurality of first nitride semiconductor layers each including a first nitride semiconductor layer grown with lateral growth. A semiconductor substrate for a gallium nitride-based device, comprising: a region; and a plurality of second regions each including a second nitride semiconductor layer grown substantially only in a vertical direction.
ウム系半導体素子に対応するように上記第2領域によっ
て分離されている請求項1又は2記載の窒化ガリウム系
素子用半導体基板。3. The gallium nitride based device semiconductor substrate according to claim 1, wherein said first regions are separated by said second regions so as to correspond to said respective gallium nitride based semiconductor devices.
に平行でかつ交互に形成されている請求項1又は2記載
の窒化ガリウム系素子用半導体基板。4. The semiconductor substrate for a gallium nitride-based element according to claim 1, wherein said first region and said second region are formed in parallel and alternately with each other.
れレーザダイオードであって、上記第1領域はそれぞ
れ、少なくとも上記各レーザダイオードの光導波領域の
直下に位置するように形成されている請求項1〜4のう
ちの1つに記載の窒化ガリウム系素子用半導体基板。5. The gallium nitride based semiconductor device is a laser diode, and each of the first regions is formed so as to be located at least immediately below an optical waveguide region of each of the laser diodes. 5. The semiconductor substrate for a gallium nitride based device according to one of the items 4.
的に成長しない材料からなる選択成長用マスクを含んで
なり、 上記選択成長用マスクは、上記異種基板上に形成された
窒化ガリウム系化合物半導体からなるバッファ層の上に
形成されかつ該バッファ層の表面の一部を露出させる開
口部を有し、 上記第1の窒化物半導体層は、上記開口部を介して露出
された上記バッファ層から上記選択成長用マスク上に横
方向に成長された請求項1〜5のうちの1つに記載の窒
化ガリウム系素子用半導体基板。6. Each of the first regions includes a selective growth mask made of a material on which a nitride semiconductor does not substantially grow, and the selective growth mask is formed of gallium nitride formed on the heterogeneous substrate. An opening formed on the buffer layer made of a base compound semiconductor and exposing a part of the surface of the buffer layer, wherein the first nitride semiconductor layer is exposed through the opening. The gallium nitride-based device semiconductor substrate according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is grown laterally from the buffer layer on the selective growth mask.
出された部分がエッチングにより除去されて凹部が形成
され、上記第1の窒化物半導体層は上記凹部の側面から
成長された請求項6に記載の窒化ガリウム系素子用半導
体基板。7. The buffer layer according to claim 6, wherein a portion exposed by the opening is removed by etching to form a concave portion, and the first nitride semiconductor layer is grown from a side surface of the concave portion. A semiconductor substrate for a gallium nitride-based element as described in the above.
なる請求項1〜7のうちの1つに記載の窒化ガリウム系
素子用半導体基板。8. The semiconductor substrate for a gallium nitride-based element according to claim 1, wherein said first nitride semiconductor layer is made of GaN.
GaNからなる請求項8に記載の窒化ガリウム系素子用
半導体基板。9. The semiconductor substrate for a gallium nitride-based device according to claim 8, wherein said first nitride semiconductor layer is made of undoped GaN.
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