JP3789814B2 - Semiconductor device and method for forming semiconductor layer - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体素子および半導体層の形成方法に関し、特に、下地上に下地とは異なる材料からなる半導体層がヘテロ成長によって形成される半導体素子および半導体層の形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、下地上に下地とは異なる材料からなる半導体をヘテロ成長させる技術が知られている。たとえば、窒化物系半導体の1つであるGaNの結晶成長では、格子整合する基板が少ないために、サファイア基板などの異種基板上にヘテロ成長を行っている。この場合、結晶欠陥の少ない結晶性の良好なGaNを成長させるために、従来、基板とGaN層との間に、低温成長によるバッファ層を挿入する技術が知られている。
【0003】
しかしながら、上記のような低温バッファ層を用いた場合であっても、低減できる欠陥の密度には限界があり、さらに転位を低減するのは困難である。そこで、従来、GaNを成長する際に、選択横方向成長(Epitaxial Lateral Overgrowth:ELOG)法によって転位を低減した下地層を用いる技術が提案されている。この選択横方向成長については、たとえば、応用電子物性分科会誌第4巻(1998)の第53頁〜第58頁および第210頁〜第215頁などに開示されている。
【0004】
図23〜図26は、従来の選択横方向成長技術を用いた窒化物系半導体層の形成方法の一例を説明するための断面図である。次に、図23〜図26を参照して、従来の選択横方向成長技術を用いた窒化物系半導体層の形成方法の一例について説明する。
【0005】
まず、図23に示すように、サファイア基板201上に低温バッファ層202を形成した後、その低温バッファ層202上に、下地となるGaN層203を成長させる。
【0006】
次に、図24に示すように、GaN層203上の所定領域に、SiO2などからなるストライプ状(細長状)のマスク層204を形成する。マスク層204を選択成長マスクとして、GaN層203を下地層として再成長を行うと、GaN層203の露出部には、まず、断面が三角形状のファセット構造を有するGaN層205が形成される。
【0007】
さらに、成長が進むと、ファセット構造のGaN層205が、図25に示すように、結合し、横方向成長が支配的になる。このため、c軸方向(縦方向)に延びていた転位はファセット結合部で曲げられて上部には到達しない。ただし、ファセット結合部上には転位が残る。
【0008】
さらに、成長が進むと、図26に示すように、ファセット構造の各GaN層205が合体して連続膜となる。これにより、平坦な上面を有するGaN層205が形成される。この平坦化されたGaN層205の表面に到達する転位は、下地層に比べて大幅に減少されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
図23〜図26に示した従来の窒化物系半導体層の形成方法では、選択横方向成長によってGaN層205を形成する場合、転位はファセットが結合するマスク層204の上部に集中的に残る。このため、転位を少なくするためには、マスク層204の幅は小さい方が好ましい。しかし、転位を少なくするためにマスク層204の幅を小さくすると、下地となるGaN層203の露出部分の幅が広くなるので、GaN層203の露出部分上に形成されるGaNからなるファセットも大きく(高く)なる。このため、その大きなファセットを結合して平坦化するためには、GaN層205を厚く形成する必要があった。このように、従来では、薄い膜厚で転位の少ないGaN層205を得ることは困難であった。
【0010】
また、従来では、基板上に直接マスク層を形成して選択横方向成長を用いてGaN層を成長させる方法も提案されている。図27は、その従来の提案された窒化物系半導体層の形成方法を説明するための断面図である。図27を参照して、この従来の提案された方法では、サファイア基板211上に直接SiO2からなるマスク層212を形成した後、その上にGaNからなる低温バッファ層213および高温成長のGaN層214を形成することによって、1回の成長で転位を低減したGaN層214を形成する。この従来の提案された方法では、サファイア基板211上に直接マスク層212を形成するので、下地層がない分、全体の膜厚は薄くなる。
【0011】
しかし、図27に示した従来の提案された方法では、図23〜図26に示した従来例と同様の問題が発生する。すなわち、サファイア基板211上に直接マスク層212を形成して選択横方向成長を行う場合においても、転位を少なくするためには、マスク層212の幅を小さくする必要がある。しかし、マスク層212の幅を小さくすると、サファイア基板211の露出面積が大きくなるので、その露出部分の低温バッファ層213上に形成されるGaNからなるファセットが大きく(高く)なる。このため、その大きなファセットを結合してGaN層214を平坦化させるためには、GaN層214を約5μm以上の大きな厚みで形成する必要があった。その結果、図27に示した従来の提案された方法においても、薄い膜厚で転位の少ないGaN層214を得るのは困難であった。
【0012】
また、従来では、AlGaN、InN、InGaN、BGaN、BAlGaN、BInGaN、AlGaInNなどの混晶を厚く成長させる場合には、格子整合する基板を求めることはより困難である。たとえば、サファイア基板上にInGaNを直接成長させる場合、格子定数の差が大きいために、InGaN層を厚く成長させることは困難である。このため、従来では、図28に示すように、まず、サファイア基板221上にバッファ層222を介してGaN層223を成長させる。そして、GaN層223上に、マスク層224を形成した後、そのマスク層224を選択成長マスクとして、選択横方向成長させることによって、低転位のGaN層225を形成する。そして、その低転位のGaN層225上に、InGaN層226を成長させていた。このように、選択横方向成長を用いて形成した低転位のGaN層225上にInGaN層226を成長させることによって、低転位のInGaN層226をある程度厚く成長させることが可能となる。
【0013】
図28に示した従来の混晶からなる窒化物系半導体層の形成方法では、上記のように、転位の少ないInGaN層226を得るために、下地層として選択横方向成長を用いて低転位のGaN層225を形成する必要がある。このため、図28に示した従来例では、全体の厚みが大きくなり、その結果、全体として薄い膜厚で転位の少ないInGaN層226を得るのは困難であった。また、図28に示した従来の混晶からなる窒化物系半導体層の形成方法では、選択横方向成長を用いて形成したGaN層225を下地層として、さらにInGaN層226を成長させるので、工程が複雑になるという問題点もあった。
【0014】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、
この発明のもう1つの目的は、下地上に、薄い膜厚で低転位の半導体層をヘテロ成長により形成することが可能な構造を有する半導体素子を提供することである。
【0015】
この発明の1つの目的は、下地上に、低転位の半導体層を薄い膜厚で容易にヘテロ成長させることが可能な半導体層の形成方法を提供することである。
【0016】
【課題を解決するための手段】
この発明の第1の局面による半導体素子は、下地の上面に接触するとともに、下地の一部を露出するように、所定の間隔を隔てて形成された複数のマスク層と、下地の上面上およびマスク層上に形成され素子領域を有する第1半導体層とを備え、隣接するマスク層間の最短距離は、マスク層の下面から第1の高さ位置で極大値の第1の距離を有するとともに、マスク層の下面から第1の高さよりも低い第2の高さ位置で第1の距離よりも小さい第2の距離を有し、かつ、マスク層の下面から第1の高さよりも高い第3の高さ位置で第1の距離よりも小さい第3の距離を有するとともに、マスク層は、第1の高さ位置に形成された第1の層と、第2の高さ位置に形成された第2の層と、第3の高さ位置に形成された第3の層と、からなる3層構造を有し、第2の層および第3の層は、第1の層よりもエッチングされにくい材料から構成されている。
【0017】
この第1の局面による半導体素子では、上記のように、隣接するマスク層間の最短距離を、マスク層の下面から第1の高さ位置で極大値の第1の距離を有するとともに、マスク層の下面から第1の高さよりも低い第2の高さ位置で第1の距離よりも小さい第2の距離を有し、かつ、マスク層の下面から第1の高さよりも高い第3の高さ位置で第1の距離よりも小さい第3の距離を有するように構成することによって、マスク層の高さ方向の中央部がくびれを有する構造になるので、マスク層をマスクとして第1半導体層を成長させる際に、マスク層のくびれを有する部分(第1の高さ位置)には、上方にマスク層が形成されているため、原料が届きにくくなる。これにより、マスク層のくびれを有する部分では、マスク層間の中央部に比べて第1半導体層の成長が遅くなるので、第1半導体層は台形状に成長しやすくなる。このため、第1半導体層の膜厚がマスク層よりも薄い成長初期の段階から、横方向成長が促進されるので、第1半導体層の成長初期段階から転位が横方向に曲げられる。その結果、第1半導体層の成長初期段階から縦方向に伝搬する転位を低減することができるので、下地上に低転位の第1半導体層を薄い膜厚で成長させることができる。
【0019】
また、上記の半導体素子においては、エッチングを用いて、容易に、くびれを有するマスク層を形成することができる。
【0020】
上記の半導体素子において、好ましくは、下地は、基板を含み、マスク層は、基板の上面に接触するように形成されている。このように構成すれば、基板上に直接薄い膜厚で低転位の第1半導体層を成長させることができる。この場合、好ましくは、基板の上面は、第1半導体層よりも蒸発しやすい材料を含む。このように構成すれば、以下のような効果を得ることができる。すなわち、下地として第1半導体層よりも蒸発しやすい材料を使用した場合には、基板上にエピタキシャル成長される第1半導体層に基板材料が混入しやすい。本発明では、マスク層のくびれの下に位置する第2の高さ位置では、くびれ部分と異なり、全体に原料が届きやすいので、第1半導体層を基板の露出部分の全面を覆うように容易に成長させることができる。このため、基板材料の蒸発を容易に防止することができる。これにより、基板上にエピタキシャル成長される第1半導体層に基板材料が混入するのを防止することができるとともに、基板の劣化を防止することができる。
【0021】
この発明の第2の局面による半導体層の形成方法は、下地の上面に接触するとともに、下地の一部を露出するように、所定の間隔を隔てて複数のマスク層を形成する工程と、下地の上面上およびマスク層上に、素子領域を有する第1半導体層を形成する工程とを備え、マスク層を形成する工程は、マスク層の下面から順に第1の層と、第2の層と、第3の層とを積層する工程を有し、第2の層を前記第1の層及び第3の層よりもエッチングされにくい材料から構成すると共に、第1の層、第2の層及び第3の層をエッチングすることにより、隣接するマスク層間の最短距離が、マスク層の下面から第1の高さ位置で極大値の第1の距離を有するとともに、マスク層の下面から第1の高さよりも低い第2の高さ位置で第1の距離よりも小さい第2の距離を有し、かつ、マスク層の下面から第1の高さよりも高い第3の高さ位置で第1の距離よりも小さい第3の距離を有するマスク層を形成する。
【0022】
この第2の局面による半導体層の形成方法では、上記のように、隣接するマスク層間の最短距離を、マスク層の下面から第1の高さ位置で極大値の第1の距離を有するとともに、マスク層の下面から第1の高さよりも低い第2の高さ位置で第1の距離よりも小さい第2の距離を有し、かつ、マスク層の下面から第1の高さよりも高い第3の高さ位置で第1の距離よりも小さい第3の距離を有するように構成することによって、マスク層の高さ方向の中央部がくびれを有する構造になるので、マスク層をマスクとして第1半導体層を成長させる際に、マスク層のくびれを有する部分(第1の高さ位置)には、上方にマスク層が形成されているため、原料が届きにくくなる。これにより、マスク層のくびれを有する部分では、マスク層間の中央部に比べて第1半導体層の成長が遅くなるので、第1半導体層は台形状に成長しやすくなる。このため、第1半導体層の膜厚がマスク層よりも薄い成長初期の段階から、横方向成長が促進されるので、第1半導体層の成長初期段階から転位が横方向に曲げられる。その結果、第1半導体層の成長初期段階から縦方向に伝搬する転位を低減することができるので、下地上に低転位の第1半導体層を薄い膜厚で成長させることができる。
【0023】
なお、上記の半導体素子において、下地は基板を含み、その基板は第1半導体層とは異なる材料からなるようにしてもよい。このように構成すれば、下地上に低転位の半導体層を薄い膜厚でヘテロ成長させることができる。また、第1半導体層は、窒化物系半導体層を含むようにしてもよい。また、下地は基板上に形成された第2半導体層を含み、その第2半導体層上にマスク層が形成されていてもよい。
【0024】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を説明する前に、まず、本発明の概念について説明する。図1〜図4は、本発明の概念を説明するための断面図である。図1〜図4を参照して、以下、本発明の概念について説明する。
【0025】
まず、本発明では、図1に示すように、下地基板または基板上に形成された下地層からなる下地1上に、オーバーハング部2aを有するとともに、高さ方向の中央部にくびれ部2bを有するマスク層2をストライプ状(細長状)に形成する。隣接するマスク層2間の最短距離としては、マスク層2の下面から第1の高さ位置(H1)のくびれ部2bで極大値の第1の距離(W1)を有するとともに、マスク層2の下面から第1の高さ(H1)よりも低い第2の高さ位置(H2)で第1の距離(W1)よりも小さい第2の距離(W2)を有し、かつ、マスク層2の下面から第1の高さ(H1)よりも高い第3の高さ位置(H3)で第1の距離(W1)よりも小さい第3の距離(W3)を有する。
【0026】
上記のようなマスク層2を用いて、半導体層を成長させる場合、まず、マスク層2の下面から第2の高さ位置(H2)までは、図2に示すように、幅W2で下地1の露出されれた上面上に、半導体層3aが形成される。そして、さらに半導体層3aを成長させると、図3に示すように、くびれ部2bにおいて、横方向成長が促進される。すなわち、くびれ部2bでは、上部にオーバーハング部2aが位置するため、原料が届きにくくなる。これにより、くびれ部2bでは、マスク層2間の中央部付近に比べて、半導体層3aの成長速度が遅くなるため、半導体層3aは台形状に成長する。そして、その台形状の半導体層3aの側面がくびれ部2bにおいて徐々に横方向に成長するので、くびれ部2bにおいて、半導体層3aの横方向成長が促進される。
【0027】
図3に示した状態から、さらに半導体層3aを成長させると、図4に示すように、下地1上に、平坦な上面を有する半導体層3が形成される。
【0028】
このように、本発明では、マスク層2のくびれ部2bにおいて半導体層3の横方向成長を促進させることができるので、半導体層3の膜厚がマスク層2よりも薄い成長初期の段階で、転位を横方向に曲げることができる。これにより、半導体層3の成長初期の段階から半導体層3の転位を低減することができるので、下地1上に、低転位の半導体層3を薄い膜厚で成長させることができる。
【0029】
また、本発明では、以下のような効果も得ることができる。すなわち、下地1として半導体層3aよりも蒸発しやすい材料を使用した場合には、下地1上にエピタキシャル成長される半導体層3aに下地1の構成材料が混入しやすい。本発明では、図2に示した工程において、下地1の露出された上面上に、半導体層3aを成長させる際に、下地1の露出された上面は、マスク層2のくびれ部2bの場合と異なり、上方にオーバーハング部2aが存在しないので、全面に原料が届きやすい。このため、半導体層3aを下地1の露出部分の全面を覆うように容易に成長させることができるので、下地1の蒸発を容易に防止することができる。その結果、下地1として、半導体層3aよりも蒸発しやすい材料を使用した場合に、下地1上にエピタキシャル成長される半導体層3aに、下地1の材料が混入するのを防止することができるとともに、下地1の劣化を防止することができる。
【0030】
次に、上記した本発明の概念を具体化した実施形態について説明する。
【0031】
(第1実施形態)
図5は、本発明の第1実施形態による窒化物系半導体層の形成方法を説明するための断面図である。また、図6は、図5に示した第1実施形態の窒化物系半導体層の形成方法を用いて製造した半導体レーザ素子を示した断面図である。
【0032】
まず、図5を参照して、第1実施形態の窒化物系半導体層の形成方法について説明する。この第1実施形態では、まず、下地としてのサファイア基板11の上面上に、直接、上部にオーバーハング部12eを有するとともに、中央部にくびれ部12dを有するマスク層12を形成する。また、マスク層12は、プラズマCVD法を用いてRFパワー250Wで形成された下層のSiN層12aと、プラズマCVD法を用いてRFパワー150Wで形成された中間層のSiN層12bと、プラズマCVD法を用いてRFパワー250Wで形成された上層のSiN層12cとからなる3層構造を有する。この場合、上記のように形成された上層のSiN層12cおよび下層のSiN層12aは、中間層のSiN層12bよりもエッチングされにくくなる。このマスク層12では、隣接するマスク層12のくびれ部12d間の最短距離は、図1に示した場合と同様、隣接するマスク層12のオーバーハング部12e間の最短距離および隣接するマスク層12の下層のSiN層12a間の最短距離よりも大きい。
【0033】
このようなマスク層12の形成方法としては、まず、サファイア基板11の全面に、下層のSiN層12aと、中間層のSiN層12bと、上層のSiN層12cとを上記した条件で順次形成した後、上層のSiN層12c上の所定領域に、ストライプ状のレジスト(図示せず)を形成する。そして、そのレジストをマスクとして、フッ酸系のエッチング液を用いて、上層のSiN層12c、中間層のSiN層12bおよび下層のSiN層12aをウェットエッチングすることによって、上部にオーバーハング部12eを有するとともに、中央部にくびれ部12dを有する3層構造のマスク層12を容易に形成することができる。このくびれ部12dのくびれの大きさW4(図5参照)は、マスク層12の厚みの約10%〜約200%となるように形成する。たとえば、マスク層12の厚みが約1μmの場合には、くびれの大きさW4が約1μmとなるようにマスク層12を形成する。なお、このマスク層12は、約7μmの周期を有するストライプ状(細長状)で、約10nm〜約2μmの厚みで形成する。また、マスク層12の開口部は、たとえば、サファイア基板11の[11−20]方向または[1−100]方向に形成するのが好ましい。
【0034】
この後、サファイア基板11上に、約500℃〜約700℃の温度条件下で、約10nm〜約50nmの厚みを有するAlGaNまたはGaNからなる低温バッファ層13を成長させる。そして、MOCVD法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition;有機金属気相成長法)またはHVPE法(Hydride Vapor Epitaxy;ハイドライド気相成長法)を用いて、マスク層12を選択成長マスクとして、低温バッファ層13上に、アンドープGaN層14を選択横方向成長させる。このアンドープGaN層14は、約950℃〜約1200℃の温度条件下で、約2μmの厚みを有するように形成する。なお、このアンドープGaN層14は、本発明の「第1半導体層」の一例である。
【0035】
このアンドープGaN層14を成長する際に、くびれ部12dの上方にオーバーハング部12eが位置するので、くびれ部12dには原料が届きにくくなる。これにより、原料が届きやすいマスク層12間の中央部付近では、アンドープGaN層14の成長速度が速くなるとともに、原料が届きにくいくびれ部12dでは、アンドープGaN層14の成長速度が遅くなる。このため、図3に示した概念図と同様、成長初期の段階から台形状のアンドープGaN層(図示せず)が形成されやすくなるとともに、その台形状のアンドープGaN層の側面が徐々に横方向に成長するので、アンドープGaN層14の膜厚がマスク層12の膜厚よりも薄い成長初期の段階から横方向成長が促進される。これにより、アンドープGaN層14の成長初期段階から転位が横方向へ曲げられるので、アンドープGaN層14の成長初期段階から縦方向に伝搬する転位を低減することができる。その結果、サファイア基板11上に、低転位のアンドープGaN層14を薄い膜厚でヘテロ成長させることができる。
【0036】
次に、図6を参照して、第1実施形態の窒化物系半導体層の形成方法を用いて製造した半導体レーザ素子の構造について説明する。
【0037】
第1実施形態の半導体レーザ素子では、図5に示したアンドープGaN層14上に、図6に示すように、約4μmの厚みを有するn型GaNからなる第1導電型コンタクト層105が形成されている。第1導電型コンタクト層105上には、約0.45μmの膜厚を有するn型AlGaNからなる第1導電型クラッド層106が形成されている。第1導電型クラッド層106上には、InGaNからなる多重量子井戸(MQW)発光層107が形成されている。MQW発光層107上には、約0.45μmの厚みを有するp型AlGaNからなる第2導電型クラッド層108が形成されている。その第2導電型クラッド層108上には、約0.15μmの膜厚を有するp型GaNからなる第2導電型コンタクト層109が形成されている。なお、各層105〜109は、本発明の「第1半導体層」の一例である。また、第1導電型コンタクト層105の露出された上面上には、n側電極110が形成されている。また、第2導電型コンタクト層109の上面上には、p側電極111が形成されている。
【0038】
上記した第1実施形態の半導体レーザ素子では、図5に示した形成方法を用いて形成された薄い厚みで転位が低減されたアンドープGaN層14上に、各層105〜109を形成するので、各層105〜109において、良好な結晶性を実現することができる。したがって、第1実施形態では、厚みが薄く、かつ、良好な素子特性を有する半導体レーザ素子を得ることができる。
【0039】
(第2実施形態)
図7は、本発明の第2実施形態による窒化物系半導体層の形成方法を説明するための断面図である。図8は、図7に示した第2実施形態の窒化物系半導体層の形成方法を用いて製造した半導体レーザ素子を示した断面図である。
【0040】
まず、図7を参照して、第2実施形態の窒化物系半導体層の形成方法について説明する。この第2実施形態では、下地としてのZrB2基板21の表面上に、直接、上部にオーバーハング部22eを有するとともに、中央部にくびれ部22dを有するマスク層22を形成する。このマスク層22は、下層の約3nm〜約1μmの厚みを有するSiN層22aと、中間層の約4nm〜約2μmの厚みを有するタングステン層22bと、上層の約3nm〜約1μmの厚みを有するSiN層22cとからなる3層構造を有する。このマスク層22では、隣接するマスク層22のくびれ部22d間の最短距離は、図1に示した場合と同様、隣接するマスク層22のオーバーハング部22e間の最短距離および隣接するマスク層22の下層のSiN層22a間の最短距離よりも大きい。
【0041】
このようなマスク層22の形成方法としては、ZrB2基板21上に、SiN層22a、タングステン層22bおよびSiN層22cを順次形成した後、SiN層22c上の所定領域にレジスト(図示せず)を形成する。そして、そのレジストをマスクとして、フッ酸系のエッチング液を用いて、ウェットエッチングすることによって、タングステン層22bと、SiN層22aおよびSiN層22Cとのエッチングレートの差を利用して、図7に示したような、上部にオーバーハング部22eを有するとともに、中央部にくびれ部22dを有する3層構造のマスク層22を形成する。このくびれ部22dのくびれの大きさ(図5のW4に相当)としては、たとえば、下層のSiN層22aの厚みを約200nm、中間層のタングステン層22bの厚みを約1.5μm、上層のSiN層22cの厚みを約1μmとした場合には、くびれの大きさが約3.5μmとなるようにマスク層22を形成する。なお、このマスク層22は、約7μmの周期を有するストライプ状(細長状)で、約10nm〜約1000nmの厚みで形成する。
【0042】
その後、ZrB2基板21上に、約500℃〜約700℃の温度条件下で、約10nm〜約50nmの厚みを有するAlGaNまたはGaNからなる低温バッファ層23を成長させる。そして、MOCVD法またはHVPE法を用いて、マスク層22を選択成長マスクとして、低温バッファ層23上に、n型GaN層24を形成する。このn型GaN層24は、約950℃〜約1200℃の温度条件下で、約2μmの厚みを有するように形成する。なお、このn型GaN層24は、本発明の「第1半導体層」の一例である。
【0043】
このn型GaN層24を成長する際に、くびれ部22dの領域の上方にオーバーハング部22eが位置するので、くびれ部22dには原料が届きにくくなる。これにより、原料が届きやすいマスク層22間の中央部付近では、n型GaN層24の成長速度が速くなるとともに、原料が届きにくいくびれ部22dでは、n型GaN層24の成長速度が遅くなる。このため、図3に示した概念図と同様、成長初期の段階から台形状のn型GaN層(図示せず)が形成されやすくなるとともに、その台形状のn型GaN層の側面が徐々に横方向に成長するので、n型GaN層24の膜厚がマスク層22の膜厚よりも薄い成長初期の段階から横方向成長が促進される。これにより、n型GaN層24の成長初期段階から転位が横方向へ曲げられるので、n型GaN層24の成長初期段階から縦方向に伝搬する転位を低減することができる。その結果、ZrB2基板21上に、低転位のn型GaN層24を薄い膜厚でヘテロ成長させることができる。
【0044】
また、第2実施形態のマスク層22は、上記したように、下層のSiN層22aおよび上層のSiN層22cと、中間層のタングステン層22bとを異なる材料で構成することによって、エッチングレートの差を大きくすることができるので、容易に、くびれ部22dのくびれの大きさを大きくすることができる。これにより、より効果的に、くびれ部22dにおけるn型GaN層24の横方向成長を促進させることができる。また、異なる材料を用いてマスク層22を構成することによって、エッチングなどを用いて、容易に、くびれ部22dのくびれ形状を再現性よく形成することができる。
【0045】
次に、図8を参照して、第2実施形態の窒化物系半導体層の形成方法を用いて製造した半導体レーザ素子の構造について説明する。
【0046】
第2実施形態の半導体レーザ素子では、図7に示したn型GaN層24上に、図8に示すように、約4μmの膜厚を有するn型GaNからなるn型層115が形成されている。n型層115上には、約0.45μmの膜厚を有するn型AlGaNからなる第1導電型クラッド層116が形成されている。第1導電型クラッド層116上には、InGaNからなるMQW発光層117が形成されている。MQW発光層117上には、約0.45μmの膜厚を有するp型AlGaNからなる第2導電型クラッド層118が形成されている。その第2導電型クラッド層118上には、約0.15μmの膜厚を有するp型GaNからなる第2導電型コンタクト層119が形成されている。なお、上記した各層115〜119は、本発明の「第1半導体層」の一例である。また、ZrB2基板21の裏面には、n側電極120が形成されている。また、第2導電型コンタクト層119の上面上には、p側電極121が形成されている。
【0047】
第2実施形態による半導体レーザ素子では、ZrB2基板21上に、薄い厚みで転位が低減されたn型GaN層24を形成した後、そのn型GaN層24上に、各層115〜119を形成するので、各層115〜119において良好な結晶性を実現することができる。これにより、この第2実施形態では、厚みが薄く、かつ、良好な素子特性を有する半導体レーザ素子を得ることができる。
【0048】
(第3実施形態)
図9は、本発明の第3実施形態による窒化物系半導体層の形成方法を説明するための断面図である。図10は、図9に示した第3実施形態の窒化物系半導体層の形成方法を用いて製造した半導体レーザ素子を示した断面図である。この第3実施形態では、上記した第2実施形態と異なり、下地にSiC基板を用いた場合の例について説明する。なお、第3実施形態のその他の構造は、第2実施形態と同様である。以下、詳細に説明する。
【0049】
まず、図9を参照して、第3実施形態の窒化物系半導体層の形成方法について説明する。この第3実施形態では、下地としてのSiC基板31の表面上に、直接、上部にオーバーハング部22eを有するとともに、中央部にくびれ部22dを有するマスク層22を形成する。また、マスク層22は、第2実施形態と同様、下層の約3nm〜約1μmの厚みを有するSiN層22aと、中間層の約4nm〜約2μmの厚みを有するタングステン層22bと、上層の約3nm〜約1μmの厚みを有するSiN層22cとからなる3層構造を有する。なお、マスク層22のその他の構造および寸法ならびに形成方法は、第2実施形態と同様である。
【0050】
その後、SiC基板31上に、約500℃〜約700℃の温度条件下で、約10nm〜約50nmの厚みを有するAlGaNまたはGaNからなる低温バッファ層23を形成する。そして、MOCVD法またはHVPE法を用いて、マスク層22を選択成長マスクとして、低温バッファ層23上に、n型GaN層24を選択横方向成長させる。このn型GaN層24は、約950℃〜約1200℃の温度条件下で約2μmの厚みで形成する。
【0051】
このn型GaN層24を成長する際に、くびれ部22dの上方にオーバーハング部22eが位置するので、くびれ部22dの領域には原料が届きにくくなる。これにより、くびれ部22dでは、マスク層22間の中央部に比べてn型GaN層24の成長速度が遅くなるため、図3に示した概念図と同様、台形状のn型GaN層(図示せず)が形成されやすくなる。そして、その台形状のn型GaN層の側面が徐々に横方向に成長するので、n型GaN層24の膜厚がマスク層22の膜厚よりも薄い成長初期の段階から横方向成長が促進される。これにより、第2実施形態と同様、n型GaN層24の成長初期段階から転位が横方向に曲げられるので、n型GaN層24の成長初期段階から縦方向に伝搬する転位を低減することができる。その結果、SiC基板31上に、低転位のn型GaN層24を薄い膜厚でヘテロ成長させることができる。
【0052】
また、第3実施形態のマスク層22は、第2実施形態と同様、下層のSiN層22aおよび上層のSiN層22cと、中間層のタングステン層22bとを異なる材料で構成することによって、エッチングレートの差を大きくすることができるので、容易に、くびれ部22dのくびれ大きさを大きくすることができる。これにより、より効果的に、くびれ部22dにおけるn型GaN層24の横方向成長を促進させることができる。また、異なる材料を用いてマスク層22を構成することによって、エッチングなどを用いて、容易に、くびれ部22dのくびれ形状を再現性よく形成することができる。
【0053】
次に、図10を参照して、図9に示した第3実施形態の形成方法を用いて製造した半導体レーザ素子の構造について説明する。この第3実施形態の半導体レーザ素子では、第2実施形態と同様、図9に示したn型GaN層24上に、n型GaNからなるn型層115、n型AlGaNからなる第1導電型クラッド層116、InGaNからなるMQW発光層117、p型AlGaNからなる第2導電型クラッド層118およびp型GaNからなる第2導電型コンタクト層119が形成されている。また、SiC基板31の裏面には、n側電極120が形成されている。また、第2導電型コンタクト層119の上面上には、p側電極121が形成されている。なお、上記した各層115〜119の膜厚は、図8に示した第2実施形態の半導体レーザ素子と同様である。
【0054】
第3実施形態による半導体レーザ素子では、図9に示した形成方法を用いてSiC基板31上に形成された低転位のn型GaN層24上に、各層115〜119を形成するので、各層115〜119において良好な結晶性を実現することができる。また、図9に示した窒化物系半導体層の形成方法では、全体の厚みが薄く形成されるので、その上に各層115〜119を形成した場合、半導体レーザ素子の厚みが薄くなる。これにより、この第3実施形態では、第2実施形態と同様、厚みが薄く、かつ、良好な素子特性を有する半導体レーザ素子を得ることができる。
【0055】
(第4実施形態)
図11は、本発明の第4実施形態による窒化物系半導体層の形成方法を説明するための断面図である。図12は、図11に示した第4実施形態の窒化物系半導体層の形成方法を用いて製造した半導体レーザ素子を示した断面図である。
【0056】
まず、図11を参照して、第4実施形態の窒化物系半導体層の形成方法について説明する。この第4実施形態では、下地としてのn型GaAs(111)A基板(n型GaAs基板)41の表面上に、直接、上部にオーバーハング部42eを有するとともに、中央部にくびれ部42dを有するマスク層42を形成する。また、マスク層42は、下層の約3nm〜約1μmの厚みを有するSiO2層42aと、中間層の約4nm〜約2μmの厚みを有するSiN層42bと、上層の約3nm〜約1μmの厚みを有するSiO2層42cとからなる3層構造を有する。このマスク層42では、隣接するマスク層42のくびれ部42d間の最短距離は、隣接するマスク層42のオーバーハング部42e間の最短距離および隣接するマスク層42の下層のSiO2層42a間の最短距離よりも大きい。
【0057】
このようなマスク層42の形成方法としては、n型GaAs基板41上に、SiO2層42a、SiN層42bおよびSiO2層42cを順次形成した後、SiO2層42c上の所定領域にレジスト(図示せず)を形成する。そして、そのレジストをマスクとして、フッ酸系のエッチング液を用いて、ウェットエッチングすることによって、SiN層42bと、SiO2層42aおよびSiO2層42cとのエッチングレートの差を利用して、図11に示したような、上部にオーバーハング部42eを有するとともに、中央部にくびれ部42dを有する3層構造のマスク層42を形成する。このくびれ部42dの大きさ(図5のW4に相当)としては、たとえば、下層のSiO2層42aの厚みを約100nm、中間層のSiN層42bの厚みを約1μm、上層のSiO2層42cの厚みを約0.5μmとした場合には、くびれの大きさが約2μmとなるようにマスク層42を形成する。なお、このマスク層42は、約5μmの周期を有するストライプ状(細長状)で、約10nm〜約1000nmの厚みで形成する。
【0058】
その後、図7に示した第2実施形態と同様の製造プロセスを用いることによって、n型GaAs基板41上に、低温バッファ層23およびn型GaN層24を形成する。すなわち、n型GaAs基板41上に、約500℃〜約700℃の温度条件下で、約10nm〜約50nmの厚みを有するAlGaNまたはGaNからなる低温バッファ層23を成長させる。そして、MOCVD法またはHVPE法を用いて、マスク層42を選択成長マスクとして、低温バッファ層23上に、n型GaN層24を選択横方向成長させる。このn型GaN層24は、約950℃〜約1200℃の温度条件下で、約2μmの厚みを有するように形成する。
【0059】
ここで、この第4実施形態では、下地として使用するn型GaAs基板41は、n型GaN層24よりも蒸発しやすい材料であるためn型GaAs基板41上に成長されるn型GaN層24にn型GaAs基板41の構成材料であるAsが混入しやすい。この第4実施形態では、低温バッファ層23を成長する際に、n型GaAs基板41の露出された上面の領域では、くびれ部42dの場合と異なり、上方にオーバーハング部42eが位置しないので、n型GaAs基板41の露出された上面全体に原料が届きやすい。このため、低温バッファ層23をn型GaAs基板41の露出部分の全面を覆うように容易に成長することができる。その結果、n型GaAs基板41のAsの蒸発を容易に防止することができる。これにより、その後にエピタキシャル成長されるn型GaN層24にn型GaAs基板41のAsが混入するのを防止することができるとともに、n型GaAs基板41の劣化を防止することができる。
【0060】
また、n型GaN層24を成長する際に、くびれ部42dの上方にオーバーハング部42eが位置するので、くびれ部42dには原料が届きにくくなる。これにより、くびれ部42dでは、マスク層42間の中央部に比べてn型GaN層24の成長が遅くなるため、図3に示した概念図と同様、台形状のn型GaN層(図示せず)が形成されやすくなる。その台形状のn型GaN層の側面が徐々に横方向に成長するので、n型GaN層24の膜厚がマスク層42の膜厚よりも薄い成長初期の段階から横方向成長が促進される。これにより、第2実施形態と同様、n型GaN層24の成長初期段階から転位が横方向に曲げられるので、n型GaN層24の成長初期段階から縦方向に伝搬する転位を低減することができる。その結果、n型GaAs基板41上に、低転位のn型GaN層24を薄い膜厚でヘテロ成長させることができる。
【0061】
また、第4実施形態のマスク層42は、上記したように、下層のSiO2層42aおよび上層のSiO2層42cと、中間層のSiN層42bとを異なる材料で構成することによって、エッチングレートの差を大きくすることができるので、容易に、くびれ部42dのくびれを大きくすることができる。これにより、より効果的に、n型GaN層24の横方向成長を促進させることができる。また、異なる材料を用いてマスク層42を構成することによって、エッチングなどを用いて、容易に、くびれ部42dのくびれ形状を再現性よく形成することができる。
【0062】
次に、図12を参照して、図11に示した第4実施形態の形成方法を用いて製造した半導体レーザ素子の構造について説明する。この第4実施形態の半導体レーザ素子では、第2実施形態と同様、図11に示したn型GaN層24上に、n型GaNからなるn型層115、n型AlGaNからなる第1導電型クラッド層116、InGaNからなるMQW発光層117、p型AlGaNからなる第2導電型クラッド層118およびp型GaNからなる第2導電型コンタクト層119が形成されている。また、n型GaAs基板41の裏面には、n側電極120が形成されている。また、第2導電型コンタクト層119の上面上には、p側電極121が形成されている。なお、上記した各層115〜119の膜厚は、図8に示した第2実施形態の半導体レーザ素子と同様である。
【0063】
第4実施形態による半導体レーザ素子では、図11に示した形成方法を用いて形成された低転位のn型GaN層24上に、各層115〜119を形成するので、各層115〜119において良好な結晶性を実現することができる。また、図11に示した窒化物系半導体層の形成方法では、全体の厚みが薄く形成されるので、その上に各層115〜119を形成した場合、半導体レーザ素子の厚みが薄くなる。これにより、この第4実施形態では、第2実施形態と同様、厚みが薄く、かつ、良好な素子特性を有する半導体レーザ素子を得ることができる。
【0064】
(第5実施形態)
図13は、本発明の第5実施形態による窒化物系半導体層の形成方法を説明するための断面図である。図14は、図13に示した第4実施形態の窒化物系半導体層の形成方法を用いて製造した半導体レーザ素子を示した断面図である。この第5実施形態では、上記第1〜第4実施形態と異なり、2つのくびれ部を有するマスク層を形成している。以下、詳細に説明する。
【0065】
まず、図13を参照して、第5実施形態の窒化物系半導体層の形成方法について説明する。この第5実施形態では、下地としてのn型Si(111)基板(n型Si基板)51の表面上に、直接、2つのオーバーハング部52hおよび52iと、2つのくびれ部52fおよび52gとを有するマスク層52を形成する。また、マスク層52は、下から上に向かって、下層の約3nm〜約1μmの厚みを有するSiO2層52aと、中間層の約4nm〜約2μmの厚みを有するSiN層52bと、中間層の約3nm〜約1μmの厚みを有するSiO2層52cと、中間層の約4nm〜約2μmの厚みを有するSiN層52dと、上層の約3nm〜約1μmの厚みを有するSiO2層52eとからなる5層構造を有する。このマスク層52では、隣接するマスク層52のくびれ部52f間の最短距離およびくびれ部52g間の最短距離は、隣接するマスク層52のオーバーハング部52h間の最短距離、オーバーハング部52i間の最短距離および下層のSiO2層52a間の最短距離よりも大きい。
【0066】
このようなマスク層52の形成方法としては、n型Si基板51上に、SiO2層52a、SiN層52b、SiO2層52c、SiN層52dおよびSiO2層52eを上記した膜厚で順次形成した後、SiO2層52e上の所定領域にレジスト(図示せず)を形成する。そして、そのレジストをマスクとして、フッ酸系のエッチング液を用いて、ウェットエッチングすることによって、SiN層52bおよびSiN層52dと、SiO2層52a、SiO2層52cおよびSiO2層52eとのエッチングレートの差を利用して、図13に示したような、2つのオーバーハング部52hおよび52iと、2つのくびれ部52fおよび52gとを有する5層構造のマスク層52を形成する。このくびれ部52fおよびくびれ部52gの大きさ(図5のW4に相当)としては、たとえば、下層のSiO2層52aの厚みを約100nm、中間層のSiN層52bの厚みを約0.5μm、中間層のSiO2層52cの厚みを約0.5μm、中間層のSiN層52dの厚みを約0.5μm、上層のSiO2層52eの厚みを約0.5μmとした場合には、くびれの大きさが、約1.5μmのマスク層52を形成する。なお、このマスク層52は、約5μmの周期を有するストライプ状(細長状)で、約10nm〜約1000nmの厚みで形成する。
【0067】
その後、第5実施形態では、n型Si基板51上に、約1100℃の温度条件下で、約10nm〜約50nmの厚みを有するAlGaNからなるバッファ層53を成長させる。そして、MOCVD法またはHVPE法を用いて、マスク層52を選択成長マスクとして、バッファ層53上に、n型GaN層54を選択横方向成長させる。このn型GaN層54は、約950℃〜約1200℃の温度条件下で約2μmの厚みを有するように形成する。なお、このn型GaN層54は、本発明の「第1半導体層」の一例である。
【0068】
ここで、この第5実施形態では、第4実施形態と同様、下地として使用するn型Si基板51は、n型GaN層54よりも蒸発しやすい材料であるため、n型Si基板51上に成長されるn型GaN層54にn型Si基板51の構成材料であるSiが混入しやすい。この第5実施形態では、バッファ層53を成長する際に、n型Si基板51の露出された上面では、くびれ部52fおよびくびれ部52gの場合と異なり、上方にオーバーハング部52hおよび52iが位置しないので、n型Si基板51の露出された上面の全体に原料が届きやすい。このため、バッファ層53をn型Si基板51の露出された上面の全面を覆うように容易に成長することができる。その結果、n型Si基板51のSiの蒸発を容易に防止することができる。これにより、その後、エピタキシャル成長されるn型GaN層54に意図しない過剰のSiが混入するのを防止することができるとともに、n型Si基板51の劣化を防止することができる。
【0069】
また、n型GaN層54を成長する際に、くびれ部52fの上方にオーバーハング部52hが位置するので、くびれ部52fの領域には原料が届きにくくなる。これにより、くびれ部52fでは、マスク層52間の中央部に比べてn型GaN層54の成長速度が遅くなるため、図3に示した概念図と同様、台形状のn型GaN層(図示せず)が形成されやすくなる。そして、その台形状のn型GaN層の側面が徐々に横方向に成長するので、n型GaN層54の膜厚がマスク層52の膜厚よりも薄い成長初期の段階から横方向成長が促進される。これにより、n型GaN層54の成長初期段階から転位が横方向に曲げられるので、n型GaN層54の成長初期段階から縦方向に伝搬する転位を低減することができる。また、第5実施形態の窒化物系半導体層では、くびれ部52fの上方に、さらにくびれ部52gが形成されている。そのため、くびれ部52fと同様、くびれ部52gにおいても、台形状のGaN層(図示せず)が形成されやすく、その結果、n型GaN層54の横方向成長が再び促進される。
【0070】
このように、第5実施形態では、2つのくびれ部52fおよび52gによって、横方向成長が繰り返されるので、横方向成長をより促進することができる。これにより、n型Si基板51上に、低転位のn型GaN層54をより薄い膜厚でヘテロ成長させることができる。
【0071】
また、第5実施形態のマスク層52は、上記したように、下層のSiO2層52a、中間層のSiO2層52cおよび上層のSiO2層52eと、中間層のSiN層52bおよび中間層のSiN層52dとを異なる材料で構成することによって、エッチングレートの差を大きくすることができるので、容易に、くびれ部52fおよびくびれ部52gのくびれ大きさを大きくすることができる。これにより、より効果的に、n型GaN層54の横方向成長を促進させることができる。また、異なる材料を用いてマスク層52を構成することによって、エッチングなどを用いて、容易に、くびれ部52fおよび52gのくびれ形状を再現性よく形成することができる。
【0072】
次に、図14を参照して、図13に示した第5実施形態の形成方法を用いて製造した半導体レーザ素子の構造について説明する。この第5実施形態の半導体レーザ素子では、第2実施形態と同様、図13に示したn型GaN層54上に、n型GaNからなるn型層115、n型AlGaNからなる第1導電型クラッド層116、InGaNからなるMQW発光層117、p型AlGaNからなる第2導電型クラッド層118およびp型GaNからなる第2導電型コンタクト層119が形成されている。また、n型Si基板51の裏面には、n側電極120が形成されている。また、第2導電型コンタクト層119の上面上には、p側電極121が形成されている。なお、上記した各層115〜119の膜厚は、図8に示した第2実施形態の半導体レーザ素子と同様である。
【0073】
第5実施形態による半導体レーザ素子では、図13に示した形成方法を用いて形成された低転位のn型GaN層54上に、各層115〜119を形成するので、各層115〜119において良好な結晶性を実現することができる。また、図13に示した第5実施形態による窒化物系半導体層の形成方法では、2つのくびれ部52fおよび52gによって、n型GaN層54の横方向成長をより促進させることができるので、全体の厚みをさらに薄く形成することができる。これにより、n型GaN層54上に、各層115〜119を形成した場合、半導体レーザ素子の厚みをより薄くすることが可能となる。その結果、この第5実施形態では、厚みがより薄く、かつ、良好な素子特性を有する半導体レーザ素子を得ることができる。
【0074】
(第6実施形態)
図15は、本発明の第6実施形態による窒化物系半導体層の形成方法を説明するための断面図である。図16は、図15に示した第6実施形態の窒化物系半導体層の形成方法を用いて製造した半導体レーザ素子を示した断面図である。この第6実施形態では、下地としてn型GaN基板を用いるとともに、マスク層としては第1実施形態と同様のマスク層を用いた例を示している。以下、詳細に説明する。
【0075】
まず、図15を参照して、第6実施形態の窒化物系半導体層の形成方法について説明する。この第6実施形態では、下地としてのn型GaN基板61の表面上に、直接、上部にオーバーハング部12eを有するとともに、中央部にくびれ部12dを有する第1実施形態と同様のマスク層12を形成する。すなわち、マスク層12は、プラズマCVD法を用いてRFパワー250Wで形成された下層のSiN層12aと、プラズマCVD法を用いてRFパワー150Wで形成された中間層のSiN層12bと、プラズマCVD法を用いてRFパワー250Wで形成された上層のSiN層12cとからなる3層構造を有する。この場合、上記のように形成された上層のSiN層12cおよび下層のSiN層12aは、中間層のSiN層12bよりもエッチングされにくくなる。このマスク層12では、隣接するマスク層12のくびれ部12d間の最短距離は、隣接するマスク層12のオーバーハング部12e間の最短距離および隣接するマスク層12の下層のSiN層12a間の最短距離よりも大きい。なお、マスク層12のその他の構成および寸法ならびに形成方法は、図5に示した第1実施形態と同様である。
【0076】
その後、第6実施形態では、n型GaN基板61上に、直接、MOCVD法またはHVPE法を用いて、マスク層12を選択成長マスクとして、n型のAlWBXGaYInZTl1-W-X-Y-ZN層を選択横方向成長させる。AlWBXGaYInZTl1-W-X-Y-ZNの組成は、X=Y=0を除く組成で、かつ、AlWBXGaYInZTl1-W-X-Y-ZNの格子定数はGaNの格子定数よりも小さい。たとえば、AlWGa1-WN(0<W≦1)あるいはBXGa1-XN(0<X≦1)などである。この第6実施形態では、たとえば、n型B0.05Ga0.95N層63を、約850℃〜約1400℃の温度条件下で、約2μmの厚みで選択横方向成長させる。なお、このn型B0.05Ga0.95N層63は、本発明の「第1半導体層」の一例である。
【0077】
このn型B0.05Ga0.95N層63を成長する際に、くびれ部12dの上方に、オーバーハング部12eが位置するので、くびれ部12dの領域には原料が届きにくくなる。これにより、くびれ部12dでは、マスク層12間の中央部に比べてn型B0.05Ga0.95N層63の成長速度が遅くなるため、図3に示した概念図と同様、台形状のn型B0.05Ga0.95N層(図示せず)が形成されやすくなる。そして、その台形状のn型B0.05Ga0.95N層の側面が徐々に横方向に成長するので、n型B0.05Ga0.95N層63の膜厚がマスク層12の膜厚よりも薄い成長初期の段階から横方向成長が促進される。これにより、n型B0.05Ga0.95N層63の成長初期段階から転位が横方向に曲げられるので、n型B0.05Ga0.95N層63の成長初期段階から縦方向に伝搬する転位を低減することができる。その結果、下地のGaN層がない状態でも、n型GaN基板61上に、低転位のn型B0.05Ga0.95N層63を厚く形成することができる。この場合、下地層としてのGaN層がない分、図28に示した従来例と比較して、全体の厚みを厚くすることができる。
【0078】
次に、図16を参照して、図15に示した第6実施形態の形成方法を用いて製造した半導体レーザ素子の構造について説明する。この第6実施形態の半導体レーザ素子では、図15に示したn型B0.05Ga0.95N層63上に、n型GaNからなるn型層115、n型AlGaNからなる第1導電型クラッド層116、InGaNからなるMQW発光層117、p型AlGaNからなる第2導電型クラッド層118およびp型GaNからなる第2導電型コンタクト層119が形成されている。また、n型GaN基板61の裏面には、n側電極120が形成されている。また、第2導電型コンタクト層119の上面上には、p側電極121が形成されている。なお、上記した各層115〜119の膜厚は、図8に示した第2実施形態の半導体レーザ素子と同様である。
【0079】
第6実施形態による半導体レーザ素子では、図15に示した形成方法を用いて形成された低転位のn型B0.05Ga0.95N層63上に、各層115〜119を形成するので、各層115〜119において良好な結晶性を実現することができる。また、図15に示した窒化物系半導体層の形成方法では、全体の厚みが薄く形成されるので、その上に各層115〜119を形成した場合、半導体レーザ素子の厚みが薄くなる。これにより、この第6実施形態では、第2実施形態と同様、厚みが薄く、かつ、良好な素子特性を有する半導体レーザ素子を得ることができる。
【0080】
(第7実施形態)
図17は、本発明の第7実施形態による窒化物系半導体層の形成方法を説明するための断面図である。図18は、図17に示した第7実施形態の窒化物系半導体層の形成方法を用いて製造した半導体レーザ素子を示した断面図である。この第7実施形態では、下地としてサファイア基板上に形成したGaN層を用いるとともに、マスク層としては第1実施形態と同様のマスク層を用いた例を示している。以下、詳細に説明する。
【0081】
まず、図17を参照して、第7実施形態の窒化物系半導体層の形成方法について説明する。この第7実施形態では、サファイア基板71上に、AlGaNからなる低温バッファ層72を形成する。その低温バッファ層72上に、MOCVD法またはHVPE法を用いて、下地となるGaN層73を約2μmの厚みで形成する。そして、下地としてのGaN層73の表面上に、上部にオーバーハング部12eを有するとともに、中央部にくびれ部12dを有する第1実施形態と同様のマスク層12を形成する。すなわち、マスク層12は、プラズマCVD法を用いてRFパワー250Wで形成された下層のSiN層12aと、プラズマCVD法を用いてRFパワー150Wで形成された中間層のSiN層12bと、プラズマCVD法を用いてRFパワー250Wで形成された上層のSiN層12cとからなる3層構造を有する。この場合、上記のように形成された上層のSiN層12cおよび下層のSiN層12aは、中間層のSiN層12bよりもエッチングされにくくなる。このマスク層12では、隣接するマスク層12のくびれ部12d間の最短距離は、隣接するマスク層12のオーバーハング部12e間の最短距離および隣接するマスク層12の下層のSiN層12a間の最短距離よりも大きい。なお、マスク層12のその他の構造および寸法ならびに形成方法は、図5に示した第1実施形態と同様である。
【0082】
その後、第7実施形態では、GaN層73上に、MOCVD法またはHVPE法を用いて、マスク層12を選択成長マスクとして、Al1-W-X-Y-ZBWGaXInYTlZN層を選択横方向成長させる。Al1-W-X-Y-ZBWGaXInYTlZNの組成は、Y=Z=0を除く組成で、かつ、Al1-W-X-Y-ZBWGaXInYTlZNの格子定数はGaNの格子定数よりも大きい。たとえば、Ga1-YInYN(0<Y≦1)あるいはGa1-ZTlZN(0<Z≦1)などである。この第7実施形態では、たとえば、AlGaInN層75を、約600℃〜約1200℃の温度条件下で、約1μmの厚みで選択横方向成長させる。なお、このAlGaInN層75は、本発明の「第1半導体層」の一例である。
【0083】
このAlGaInN層75を成長する際に、くびれ部12dの上方にオーバーハング部12eが位置するので、くびれ部12dの領域には原料が届きにくくなる。これにより、くびれ部12dの領域では、マスク層12間の中央部に比べてAlGaInN層75の成長速度が遅くなるため、図3に示した概念図と同様、台形状のAlGaInN層(図示せず)が形成されやすくなる。そして、その台形状のAlGaInN層の側面が徐々に横方向に成長するので、AlGaInN層75の膜厚がマスク層12の膜厚よりも薄い成長初期の段階から横方向成長が促進される。これにより、AlGaInN層75の成長初期段階から転位が横方向に曲げられるので、AlGaInN層75の成長初期段階から縦方向に伝搬する転位を低減することができる。その結果、下地であるGaN層73上に、低転位のAlGaInN層75を薄い膜厚でヘテロ成長させることができる。
【0084】
次に、図18を参照して、第7実施形態の窒化物系半導体層の形成方法を用いて製造した半導体レーザ素子の構造について説明する。この第7実施形態の半導体レーザ素子では、図17に示したAlGaInN層75上に、n型GaNからなる第1導電型コンタクト層105、n型AlGaNからなる第1導電型クラッド層106、InGaNからなるMQW発光層107、p型AlGaNからなる第2導電型クラッド層108およびp型GaNからなる第2導電型コンタクト層109が形成されている。また、第1導電型コンタクト層105の露出された上面上には、n側電極110が形成されている。また、第2導電型コンタクト層109の上面上には、p側電極111が形成されている。なお、上記した各層105〜109の膜厚は、図6に示した第1実施形態の半導体レーザ素子と同様である。
【0085】
上記した第7実施形態の半導体レーザ素子では、図17に示した形成方法を用いて形成された薄い厚みで転位が低減されたAlGaInN層75上に、各層105〜109を形成するので、各層105〜109において、良好な結晶性を実現することができる。したがって、第7実施形態では、厚みが薄く、かつ、良好な素子特性を有する半導体レーザ素子を得ることができる。
【0086】
(第8実施形態)
図19は、本発明の第8実施形態による半導体層の形成方法を説明するための断面図である。図20は、図19に示した第8実施形態の半導体層の形成方法を用いて製造した半導体レーザ素子を示した断面図である。なお、この第8実施形態では、上記第1〜第7実施形態と異なり、窒化物系半導体層以外の半導体層(GaAs層)の形成方法について説明する。また、この第8実施形態では、2つのくびれ部を有するマスク層を用いる。以下、詳細に説明する。
【0087】
まず、図19を参照して、第8実施形態の半導体層の形成方法について説明する。この第8実施形態では、下地としてのn型Si(111)基板(n型Si基板)81の表面上に、直接、2つのオーバーハング部82gおよび82hを有するとともに、2つのくびれ部82eおよび82fを有するマスク層82を形成する。このマスク層82は、下から上に向かって、下層の約4nm〜約2μmの厚みを有するタングステン層82aと、中間層の約3nm〜約1μmの厚みを有するSiO2層82bと、中間層の約4nm〜約2μmの厚みを有するタングステン層82cと、上層の約3nm〜約1μmの厚みを有するSiO2層82dとからなる4層構造を有する。このマスク層82では、隣接するマスク層82のくびれ部82e間の最短距離およびくびれ部82f間の最短距離は、隣接するマスク層82のオーバーハング部82g間の最短距離およびオーバーハング部82h間の最短距離よりも大きい。
【0088】
このようなマスク層82の形成方法としては、n型Si基板81上に、タングステン層82a、SiO2層82b、タングステン層82cおよびSiO2層82dを順次形成した後、SiO2層82d上の所定領域にレジスト(図示せず)を形成する。そして、そのレジストをマスクとして、フッ酸系のエッチング液を用いて、ウェットエッチングすることによって、SiO2層82bおよびSiO2層82dと、タングステン層82aおよびタングステン層82cとのエッチングレートの差を利用して、図19に示したような、2つのオーバーハング部82gおよび82hと2つのくびれ部82eおよび82fを有する4層構造のマスク層82を形成する。このくびれ部82eおよびくびれ部82fの大きさ(図5のW4に相当)としては、たとえば、下層のタングステン層82aの厚みを約1μm、中間層のSiO2層82bの厚みを約0.5μm、中間層のタングステン層82cの厚みを約1.5μm、上層のSiO2層82dの厚みを約0.5μmとした場合には、下層のタングステン層82aのくびれ大きさが約2μm、中間層のタングステン層82cのくびれ大きさが約3μmのマスク層82を形成する。なお、このマスク層82は、約5μmの周期を有するストライプ状(細長状)で、約10nm〜約1000nmの厚みで形成する。
【0089】
その後、第8実施形態では、下地であるn型Si基板81上に、MOCVD法またはMBE法(Molecular Beam Epitaxy;分子線エピタキシャル成長法)を用いて、マスク層82を選択成長マスクとして、n型Si基板81上に、n型GaAs層83を選択横方向成長させる。このn型GaAs層83は、約600℃の温度条件下で、約2μmの厚みを有する。なお、このn型GaAs層83は、本発明の「第1半導体層」の一例である。
【0090】
また、n型GaAs層83を成長する際に、くびれ部82eの上方にオーバーハング部82gが位置するので、くびれ部82eには原料が届きにくくなる。これにより、くびれ部82eの領域では、マスク層82間の中央部に比べてn型GaAs層83の成長速度が遅くなるため、図3に示した概念図と同様、台形状のn型GaAs層(図示せず)が形成されやすくなる。そして、その台形状のn型GaAs層の側面が徐々に横方向に成長するので、n型GaAs層83の膜厚がマスク層82の膜厚よりも薄い成長初期の段階から横方向成長が促進される。これにより、n型GaAs層83の成長初期段階から転位が横方向に曲げられるので、n型GaAs層83の成長初期段階から縦方向に伝搬する転位を低減することができる。また、この第8実施形態では、くびれ部82eの上方に、さらにくびれ部82fが形成されている。そのため、くびれ部82eと同様、くびれ部82fの領域においても、台形状のGaAs層(図示せず)が形成されやすく、その結果、n型GaAs層83の横方向成長が再び促進される。このように第8実施形態では、2つのくびれ部82eおよび82fによって、横方向成長が繰り返されるので横方向成長をより促進することができる。これにより、n型Si基板81上に、低転位のn型GaAs層83をより薄い膜厚でヘテロ成長させることができる。
【0091】
また、第8実施形態のマスク層82は、上記したように、下層のタングステン層82aおよび中間層のタングステン層82cと、中間層のSiO2層82bおよび上層のSiO2層82dとを異なる材料で構成することによって、エッチングレートの差を大きくすることができるので、くびれ部82eおよびくびれ部82fのくびれを大きくすることができる。これにより、より効果的に、n型GaAs層83の横方向成長を促進させることができる。また、異なる材料を用いてマスク層82を構成することによって、エッチングなどを用いて、容易に、くびれ部82eおよび82fのマスク形状を再現性よく形成することができる。
【0092】
次に、図20を参照して、図19に示した第8実施形態の形成方法を用いて製造した半導体レーザ素子の構造について説明する。この第8実施形態の半導体レーザ素子では、図19に示したn型GaAs層83上に、n型GaAsからなるn型層84、n型AlGaAsクラッド層85、GaAs/AlGaAsからなるMQW発光層86、p型AlGaAsクラッド層87およびp型GaAsコンタクト層88が形成されている。また、n型Si基板81の裏面には、n側電極120が形成されている。また、p型GaAsコンタクト層88の上面上には、p側電極121が形成されている。
【0093】
第8実施形態による半導体レーザ素子では、図19に示した形成方法を用いて形成された低転位のn型GaAs層83上に、各層84〜88を形成するので、各層84〜88において良好な結晶性を実現することができる。また、図19に示した第8実施形態による半導体層の形成方法では、2つのくびれ部82eおよび82fによって、n型GaAs層83の横方向成長をより促進させることができるので、全体の厚みをさらに薄く形成することができる。これにより、n型GaAs層83上に各層84〜88を形成した場合、半導体レーザ素子の厚みをより薄くすることが可能となる。その結果、この第8実施形態では、厚みがより薄く、かつ、良好な素子特性を有する半導体レーザ素子を得ることができる。
【0094】
(第9実施形態)
図21は、本発明の第9実施形態による半導体層の形成方法を説明するための断面図である。図22は、図21に示した第9実施形態の半導体層の形成方法を用いて製造した半導体レーザ素子を示した断面図である。なお、この第9実施形態では、上記第1〜第7実施形態と異なり、窒化物系半導体層以外の半導体層(ZnO層)の形成方法について説明する。また、第9実施形態におけるマスク層の構成は、第1実施形態と同様である。以下、詳細に説明する。
【0095】
まず、図21を参照して、第9実施形態の半導体層の形成方法について説明する。この第9実施形態では、第1実施形態と同様、下地としてのサファイア基板91上に、直接、上部にオーバーハング部12eを有するとともに、中央部にくびれ部12dを有する第1実施形態と同様のマスク層12を形成する。すなわち、マスク層12は、プラズマCVD法を用いてRFパワー250Wで形成された下層のSiN層12aと、プラズマCVD法を用いてRFパワー150Wで形成された中間層のSiN層12bと、プラズマCVD法を用いてRFパワー250Wで形成された上層のSiN層12cとからなる3層構造を有する。この場合、上記のように形成された上層のSiN層12cおよび下層のSiN層12aは、中間層のSiN層12bよりもエッチングされにくくなる。このマスク層12では、隣接するマスク層12のくびれ部12d間の最短距離は、隣接するマスク層12のオーバーハング部12e間の最短距離および隣接するマスク層12の下層のSiN層12a間の最短距離よりも大きい。なお、マスク層12のその他の構造および寸法ならびに形成方法は、図5に示した第1実施形態と同様である。
【0096】
その後、第9実施形態では、下地であるサファイア基板91上に、MOCVD法またはMBE法を用いて、約0.08μm/秒の成長速度および約150℃〜約250℃の成長温度で、約2nm〜約10nmの厚みを有するZnO薄膜93を成長させる。そして、マスク層12を選択成長マスクとして、ZnO薄膜93上に、アンドープZnO層94を形成する。このアンドープZnO層94は、約1μm/秒程度の成長速度および約400℃の成長温度で形成する。なお、このアンドープZnO層94は、本発明の「第1半導体層」の一例である。
【0097】
このアンドープZnO層94を成長する際に、くびれ部12dの上方にオーバーハング部12eが位置するので、くびれ部12dには原料が届きにくくなる。これにより、くびれ部12dの領域では、マスク層12間の中央部に比べてアンドープZnO層94の成長速度が遅くなるため、図3に示した概念図と同様、台形状のアンドープZnO層(図示せず)が形成されやすくなる。そして、その台形状のアンドープZnO層の側面が徐々に横方向に成長するので、アンドープZnO層94の膜厚がマスク層12の膜厚よりも薄い成長初期の段階から横方向成長が促進される。これにより、アンドープZnO層94の成長初期段階から転位が横方向に曲げられるので、アンドープZnO層94の成長初期段階から縦方向に伝搬する転位を低減することができる。その結果、サファイア基板91上に、低転位のアンドープZnO層94を薄い膜厚でヘテロ成長させることができる。
【0098】
次に、図22を参照して、第9実施形態の半導体層の形成方法を用いて製造した半導体レーザ素子の構造について説明する。この第9実施形態の半導体レーザ素子では、図21に示したアンドープZnO層94上に、約4μmの厚みを有するGaドープのn型ZnOからなる第1導電型コンタクト層95、約0.45μmの厚みを有するGaドープのn型Mg0.15Zn0.85Oからなる第1導電型クラッド層96、ZnO/ZnO0.9S0.1からなるMQW発光層97、約0.45μmの厚みを有する窒素ドープのp型Mg0.15Zn0.85Oからなる第2導電型クラッド層98、および、約0.15μmの厚みを有する窒素ドープのp型ZnO0.95S0.05からなる第2導電型コンタクト層99がこの順序で形成されている。また、第1導電型コンタクト層95の露出された上面上には、AlまたはTiなどからなるn側電極100が形成されている。また、第2導電型コンタクト層99の上面上には、Ni,PdまたはPtなどからなるp側電極101が形成されている。
【0099】
上記した第9実施形態の半導体レーザ素子では、図21に示した形成方法を用いて形成された薄い厚みで転位が低減されたアンドープZnO層94上に、各層95〜99を形成するので、各層95〜99において、良好な結晶性を実現することができる。したがって、第9実施形態では、厚みが薄く、かつ、良好な素子特性を有する半導体レーザ素子を得ることができる。
【0100】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【0101】
たとえば、上記実施形態では、1つまたは2つのくびれ部を有するマスク層を形成したが、本発明はこれに限らず、3つ以上のくびれ部を有するマスク層であってもよい。
【0102】
また、上記実施形態では、下地上にストライプ状のマスク層を形成したが、本発明はこれに限らず、たとえば、六角形のマスク層、三角形のマスク層、六角形の開口部を形成したマスク層、三角形の開口部を形成したマスク層を形成してもよい。
【0103】
また、上記実施形態では、半導体レーザ素子を作製する場合について示したが、本発明はこれに限らず、発光ダイオード、電界効果トランジスタ、フォトダイオードまたは太陽電池などの他の半導体素子を作製する場合にも適用可能である。
【0104】
また、上記実施形態では、くびれを有するマスク層の作製方法としてウェットエッチングを用いたが、本発明はこれに限らず、ドライエッチング、あるいはドライエッチングとウェットエッチングの両方を用いて、マスク層を作製してもよい。たとえば、まずドライエッチングによりくびれを有しないマスク層を形成した後、ウェットエッチングによりくびれを形成してもよい。
【0105】
また、上記第2実施形態、第3実施形態および第8実施形態では、タングステン層とSiN層とのエッチングレートの差を利用し、あるいは第4実施形態および第5実施形態では、SiO2層とSiN層とのエッチングレートの差を利用して、中央にくびれ部を有するマスク層を形成したが、本発明はこれに限らず、くびれを有する層よりも、くびれを有しない層がエッチングされにくい材料であれば、他の組み合わせであってもよい。たとえば、上記第2実施形態および第3実施形態において、上層または下層をSiO2、SiN、TiO2、TiNなどで構成し、中間層をタングステンなどの金属で構成してもよい。あるいは、上記第4実施形態において、上層または下層をTiN、TiO2などで構成し、中間層をSiO2、SiNなどで構成してもよい。
【0106】
また、上記第1〜第5実施形態では、基板として、サファイア基板、Si基板、SiC基板、ZrB2基板またはGaAs基板を用いたが、本発明はこれに限らず、たとえば、ズピネル基板、GaP基板、InP基板または水晶基板などを用いてもよい。これらの窒化物系半導体以外の基板を用いる場合に、特に、転移減少の効果が大きい。
【0107】
また、上記第6実施形態では、基板として、GaN基板を用いたが、本発明はこれに限らず、サファイア基板、Si基板、SiC基板、GaAs基板、スピネル基板、GaP基板、InP基板または水晶基板などを用いてもよい。
【0108】
また、上記第4実施形態および第5実施形態では、構成材料が蒸発しやすい基板として、GaAs基板およびSi基板を用いたが、本発明はこれに限らず、GaP基板、InP基板、Ge基板などの他の蒸発しやすい基板を用いた場合にも、同様の効果を得ることができる。
【0109】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、下地上に、低転位の半導体層を薄い膜厚で容易にヘテロ成長させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の概念を説明するための断面図である。
【図2】本発明の概念を説明するための断面図である。
【図3】本発明の概念を説明するための断面図である。
【図4】本発明の概念を説明するための断面図である。
【図5】本発明の第1実施形態による窒化物系半導体層の形成方法を説明するための断面図である。
【図6】図5に示した第1実施形態の窒化物系半導体層の形成方法を用いて製造した半導体レーザ素子を示した断面図である。
【図7】本発明の第2実施形態による窒化物系半導体層の形成方法を説明するための断面図である。
【図8】図7に示した第2実施形態の窒化物系半導体層の形成方法を用いて製造した半導体レーザ素子を示した断面図である。
【図9】本発明の第3実施形態による窒化物系半導体層の形成方法を説明するための断面図である。
【図10】図9に示した第3実施形態の窒化物系半導体層の形成方法を用いて製造した半導体レーザ素子を示した断面図である。
【図11】本発明の第4実施形態による窒化物系半導体層の形成方法を説明するための断面図である。
【図12】図11に示した第4実施形態の窒化物系半導体層の形成方法を用いて製造した半導体レーザ素子を示した断面図である。
【図13】本発明の第5実施形態による窒化物系半導体層の形成方法を説明するための断面図である。
【図14】図13に示した第5実施形態の窒化物系半導体層の形成方法を用いて製造した半導体レーザ素子を示した断面図である。
【図15】本発明の第6実施形態による窒化物系半導体層の形成方法を説明するための断面図である。
【図16】図15に示した第6実施形態の窒化物系半導体層の形成方法を用いて製造した半導体レーザ素子を示した断面図である。
【図17】本発明の第7実施形態による窒化物系半導体層の形成方法を説明するための断面図である。
【図18】図17に示した第7実施形態の窒化物系半導体層の形成方法を用いて製造した半導体レーザ素子を示した断面図である。
【図19】本発明の第8実施形態による半導体層の形成方法を説明するための断面図である。
【図20】図19に示した第8実施形態の半導体層の形成方法を用いて製造した半導体レーザ素子を示した断面図である。
【図21】本発明の第9実施形態による半導体層の形成方法を説明するための断面図である。
【図22】図21に示した第9実施形態の半導体層の形成方法を用いて製造した半導体レーザ素子を示した断面図である。
【図23】従来の選択横方向成長技術を用いた窒化物系半導体の形成方法の一例を説明するための断面図である。
【図24】従来の選択横方向成長技術を用いた窒化物系半導体の形成方法の一例を説明するための断面図である。
【図25】従来の選択横方向成長技術を用いた窒化物系半導体の形成方法の一例を説明するための断面図である。
【図26】従来の選択横方向成長技術を用いた窒化物系半導体の形成方法の一例を説明するための断面図である。
【図27】従来の選択横方向成長を用いて基板上に直接窒化物系半導体層を形成する方法を説明するための断面図である。
【図28】従来の混晶からなる窒化物系半導体層を形成する方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
1 下地
2、12、22、42、52、82 マスク層
11、71、91 サファイア基板(下地)
21 ZrB2基板(下地)
31 SiC基板(下地)
41 n型GaAs基板(下地)
51、81 n型Si基板(下地)
61 n型GaN基板(下地)
3 半導体層(第1半導体層)
14 アンドープGaN層(第1半導体層)
24、54 n型GaN層(第1半導体層)
63 BGaN層(第1半導体層)
75 AlGaInN層(第1半導体層)
83 n型GaAs層(第1半導体層)
94 アンドープn型ZnO層(第1半導体層)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor element and a method for forming a semiconductor layer, and more particularly to a semiconductor element and a method for forming a semiconductor layer, in which a semiconductor layer made of a material different from the base is formed by hetero growth.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a technique for hetero-growing a semiconductor made of a material different from the base on the base is known. For example, in the crystal growth of GaN, which is one of nitride-based semiconductors, since there are few lattice-matched substrates, hetero-growth is performed on a heterogeneous substrate such as a sapphire substrate. In this case, in order to grow GaN with good crystallinity with few crystal defects, conventionally, a technique of inserting a buffer layer by low temperature growth between a substrate and a GaN layer is known.
[0003]
However, even when the above-described low-temperature buffer layer is used, the density of defects that can be reduced is limited, and it is difficult to further reduce dislocations. Therefore, conventionally, a technique has been proposed in which a base layer in which dislocations are reduced by selective lateral growth (ELOG) is used when growing GaN. This selective lateral growth is disclosed, for example, in
[0004]
23 to 26 are cross-sectional views for explaining an example of a method for forming a nitride-based semiconductor layer using a conventional selective lateral growth technique. Next, an example of a method for forming a nitride-based semiconductor layer using a conventional selective lateral growth technique will be described with reference to FIGS.
[0005]
First, as shown in FIG. 23, a low
[0006]
Next, as shown in FIG. 24, in a predetermined region on the
[0007]
Further, as the growth proceeds, the GaN
[0008]
Further, as the growth proceeds, as shown in FIG. 26, the
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional method for forming a nitride-based semiconductor layer shown in FIGS. 23 to 26, when the GaN
[0010]
Conventionally, a method of directly forming a mask layer on a substrate and growing a GaN layer using selective lateral growth has also been proposed. FIG. 27 is a cross-sectional view for explaining the conventional proposed method for forming a nitride-based semiconductor layer. Referring to FIG. 27, in this conventional proposed method,
[0011]
However, the conventional proposed method shown in FIG. 27 has the same problem as the conventional example shown in FIGS. That is, even when the
[0012]
Conventionally, when a mixed crystal such as AlGaN, InN, InGaN, BGaN, BAlGaN, BInGaN, or AlGaInN is grown thick, it is more difficult to obtain a lattice-matched substrate. For example, when InGaN is directly grown on a sapphire substrate, it is difficult to grow an InGaN layer thick because of a large difference in lattice constant. Therefore, conventionally, as shown in FIG. 28, first, a GaN
[0013]
In the conventional method for forming a nitride-based semiconductor layer made of a mixed crystal shown in FIG. 28, as described above, in order to obtain an
[0014]
The present invention has been made to solve the above problems,
Another object of the present invention is to provide a semiconductor element having a structure capable of forming a thin semiconductor layer having a low dislocation on a base layer by hetero growth.
[0015]
One object of the present invention is to provide a method for forming a semiconductor layer on which a low dislocation semiconductor layer can be easily hetero-grown with a thin film thickness.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
A semiconductor element according to a first aspect of the present invention includes a plurality of mask layers formed at predetermined intervals so as to be in contact with the upper surface of the base and to expose a part of the base, and on the upper surface of the base and A first semiconductor layer formed on the mask layer and having an element region, and a shortest distance between adjacent mask layers has a first maximum value at a first height position from a lower surface of the mask layer; Having a second distance smaller than the first distance at a second height position lower than the first height from the lower surface of the mask layer, and less than the first height from the lower surface of the mask layer; Also Having a third distance smaller than the first distance at a high third height position Both of the mask layers are a first layer formed at the first height position, a second layer formed at the second height position, and a third layer formed at the third height position. And the second layer and the third layer are made of a material that is harder to etch than the first layer. .
[0017]
In the semiconductor element according to the first aspect, as described above, the shortest distance between adjacent mask layers has a first distance of the maximum value at the first height position from the lower surface of the mask layer, and A third height having a second distance smaller than the first distance at a second height position lower than the first height from the lower surface and higher than the first height from the lower surface of the mask layer. Since the central portion in the height direction of the mask layer has a constriction by forming the third distance smaller than the first distance at the position, the first semiconductor layer is formed using the mask layer as a mask. At the time of growth, the mask layer is formed in the upper part of the mask layer having the constriction (first height position), so that the raw material is difficult to reach. Thereby, in the portion having the constriction of the mask layer, the growth of the first semiconductor layer is delayed as compared with the central portion between the mask layers, so that the first semiconductor layer is likely to grow in a trapezoidal shape. For this reason, since the lateral growth is promoted from the initial growth stage where the film thickness of the first semiconductor layer is thinner than that of the mask layer, the dislocations are bent laterally from the initial growth stage of the first semiconductor layer. As a result, since dislocations propagating in the vertical direction from the initial growth stage of the first semiconductor layer can be reduced, the low-dislocation first semiconductor layer can be grown with a small thickness on the base.
[0019]
Also, In the above semiconductor element Is A mask layer having a constriction can be easily formed by using etching.
[0020]
In the above semiconductor element, preferably, the base includes a substrate, and the mask layer is formed in contact with the upper surface of the substrate. If comprised in this way, the 1st semiconductor layer of a low dislocation with a thin film thickness can be directly grown on a board | substrate. In this case, preferably, the upper surface of the substrate includes a material that is more easily evaporated than the first semiconductor layer. If comprised in this way, the following effects can be acquired. That is, when a material that evaporates more easily than the first semiconductor layer is used as the base, the substrate material is likely to be mixed into the first semiconductor layer that is epitaxially grown on the substrate. In the present invention, unlike the constricted portion, the raw material is likely to reach the whole at the second height position located under the constricted portion of the mask layer, so that the first semiconductor layer can be easily covered with the entire exposed portion of the substrate. Can grow into. For this reason, evaporation of the substrate material can be easily prevented. Accordingly, it is possible to prevent the substrate material from being mixed into the first semiconductor layer epitaxially grown on the substrate and to prevent the substrate from being deteriorated.
[0021]
A method for forming a semiconductor layer according to a second aspect of the present invention includes a step of forming a plurality of mask layers at predetermined intervals so as to be in contact with an upper surface of a base and to expose a part of the base. Forming a first semiconductor layer having an element region on the upper surface and the mask layer, The step of forming the mask layer includes the step of laminating the first layer, the second layer, and the third layer in order from the lower surface of the mask layer, and the second layer is the first layer and Constructed from a material that is less etched than the third layer, and by etching the first layer, the second layer, and the third layer, Minimum distance between adjacent mask layers But , Having a first maximum value at a first height position from the lower surface of the mask layer, and smaller than the first distance at a second height position lower than the first height from the lower surface of the mask layer. From the first height from the lower surface of the mask layer having a second distance Also Having a third distance less than the first distance at a high third height position Form a mask layer .
[0022]
In the method for forming a semiconductor layer according to the second aspect, as described above, the shortest distance between adjacent mask layers has a first distance with a maximum value at a first height position from the lower surface of the mask layer, and A third distance having a second distance smaller than the first distance at a second height position lower than the first height from the lower surface of the mask layer and higher than the first height from the lower surface of the mask layer; By having the third distance smaller than the first distance at the height position of the mask layer, the center portion in the height direction of the mask layer has a constricted structure. When the semiconductor layer is grown, since the mask layer is formed above the constricted portion (first height position) of the mask layer, the raw material is difficult to reach. Thereby, in the portion having the constriction of the mask layer, the growth of the first semiconductor layer is delayed as compared with the central portion between the mask layers, so that the first semiconductor layer is likely to grow in a trapezoidal shape. For this reason, since the lateral growth is promoted from the initial growth stage where the film thickness of the first semiconductor layer is thinner than that of the mask layer, the dislocations are bent laterally from the initial growth stage of the first semiconductor layer. As a result, since dislocations propagating in the vertical direction from the initial growth stage of the first semiconductor layer can be reduced, the low-dislocation first semiconductor layer can be grown with a small thickness on the base.
[0023]
In the semiconductor device described above, the base may include a substrate, and the substrate may be made of a material different from that of the first semiconductor layer. With this configuration, a low-dislocation semiconductor layer can be hetero-grown with a thin film thickness on the base. The first semiconductor layer may include a nitride semiconductor layer. The base may include a second semiconductor layer formed on the substrate, and a mask layer may be formed on the second semiconductor layer.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Before describing embodiments of the present invention, the concept of the present invention will be described first. 1 to 4 are sectional views for explaining the concept of the present invention. The concept of the present invention will be described below with reference to FIGS.
[0025]
First, in the present invention, as shown in FIG. 1, an
[0026]
When a semiconductor layer is grown using the
[0027]
When the
[0028]
As described above, in the present invention, since the lateral growth of the
[0029]
In the present invention, the following effects can also be obtained. That is, when a material that evaporates more easily than the
[0030]
Next, an embodiment that embodies the concept of the present invention described above will be described.
[0031]
(First embodiment)
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a method for forming a nitride-based semiconductor layer according to the first embodiment of the present invention. FIG. 6 is a sectional view showing a semiconductor laser device manufactured by using the nitride-based semiconductor layer forming method of the first embodiment shown in FIG.
[0032]
First, a method for forming a nitride-based semiconductor layer according to the first embodiment will be described with reference to FIG. In the first embodiment, first, a
[0033]
As a method of forming such a
[0034]
Thereafter, a low-
[0035]
When the
[0036]
Next, the structure of the semiconductor laser device manufactured by using the nitride-based semiconductor layer forming method of the first embodiment will be described with reference to FIG.
[0037]
In the semiconductor laser device of the first embodiment, the first conductivity
[0038]
In the semiconductor laser device according to the first embodiment described above, the
[0039]
(Second Embodiment)
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a method for forming a nitride-based semiconductor layer according to the second embodiment of the present invention. FIG. 8 is a cross-sectional view showing a semiconductor laser device manufactured using the nitride-based semiconductor layer forming method of the second embodiment shown in FIG.
[0040]
First, a method for forming a nitride-based semiconductor layer according to the second embodiment will be described with reference to FIG. In this second embodiment, ZrB as the base 2 On the surface of the
[0041]
As a method of forming such a
[0042]
Then ZrB 2 A low
[0043]
When the n-
[0044]
In addition, as described above, the
[0045]
Next, with reference to FIG. 8, the structure of the semiconductor laser device manufactured by using the nitride-based semiconductor layer forming method of the second embodiment will be described.
[0046]
In the semiconductor laser device of the second embodiment, an n-
[0047]
In the semiconductor laser device according to the second embodiment, ZrB 2 After the n-
[0048]
(Third embodiment)
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a method for forming a nitride-based semiconductor layer according to the third embodiment of the present invention. FIG. 10 is a sectional view showing a semiconductor laser device manufactured by using the nitride-based semiconductor layer forming method of the third embodiment shown in FIG. In the third embodiment, unlike the second embodiment described above, an example in which a SiC substrate is used as a base will be described. The remaining structure of the third embodiment is the same as that of the second embodiment. This will be described in detail below.
[0049]
First, a method for forming a nitride-based semiconductor layer according to the third embodiment will be described with reference to FIG. In the third embodiment, a
[0050]
Thereafter, low
[0051]
When the n-
[0052]
Similarly to the second embodiment, the
[0053]
Next, with reference to FIG. 10, the structure of the semiconductor laser device manufactured using the formation method of the third embodiment shown in FIG. 9 will be described. In the semiconductor laser device of the third embodiment, as in the second embodiment, the n-
[0054]
In the semiconductor laser device according to the third embodiment, the
[0055]
(Fourth embodiment)
FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a method for forming a nitride-based semiconductor layer according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 12 is a cross-sectional view showing a semiconductor laser device manufactured using the nitride-based semiconductor layer forming method of the fourth embodiment shown in FIG.
[0056]
First, a method for forming a nitride-based semiconductor layer according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. In the fourth embodiment, an
[0057]
As a method for forming such a
[0058]
Thereafter, the low-
[0059]
Here, in the fourth embodiment, the n-
[0060]
Further, when the n-
[0061]
Further, as described above, the
[0062]
Next, with reference to FIG. 12, the structure of the semiconductor laser device manufactured by using the formation method of the fourth embodiment shown in FIG. 11 will be described. In the semiconductor laser device of the fourth embodiment, as in the second embodiment, the n-
[0063]
In the semiconductor laser device according to the fourth embodiment, the
[0064]
(Fifth embodiment)
FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a method for forming a nitride-based semiconductor layer according to a fifth embodiment of the present invention. FIG. 14 is a cross-sectional view showing a semiconductor laser device manufactured using the nitride-based semiconductor layer forming method of the fourth embodiment shown in FIG. In the fifth embodiment, unlike the first to fourth embodiments, a mask layer having two constricted portions is formed. This will be described in detail below.
[0065]
First, a method for forming a nitride-based semiconductor layer according to the fifth embodiment will be described with reference to FIG. In the fifth embodiment, two
[0066]
As a method for forming such a
[0067]
Thereafter, in the fifth embodiment, a
[0068]
Here, in the fifth embodiment, as in the fourth embodiment, the n-
[0069]
Further, when the n-
[0070]
Thus, in the fifth embodiment, the lateral growth is repeated by the two constricted
[0071]
Further, as described above, the
[0072]
Next, with reference to FIG. 14, the structure of the semiconductor laser device manufactured by using the forming method of the fifth embodiment shown in FIG. 13 will be described. In the semiconductor laser device of the fifth embodiment, as in the second embodiment, the n-
[0073]
In the semiconductor laser device according to the fifth embodiment, the
[0074]
(Sixth embodiment)
FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating a method for forming a nitride-based semiconductor layer according to the sixth embodiment of the present invention. FIG. 16 is a cross-sectional view showing a semiconductor laser device manufactured using the nitride-based semiconductor layer forming method of the sixth embodiment shown in FIG. In the sixth embodiment, an n-type GaN substrate is used as a base and a mask layer similar to that in the first embodiment is used as a mask layer. This will be described in detail below.
[0075]
First, a method for forming a nitride-based semiconductor layer according to the sixth embodiment will be described with reference to FIG. In the sixth embodiment, a
[0076]
Thereafter, in the sixth embodiment, the n-type Al is directly formed on the n-
[0077]
This n-type B 0.05 Ga 0.95 When the
[0078]
Next, with reference to FIG. 16, the structure of the semiconductor laser device manufactured by using the forming method of the sixth embodiment shown in FIG. 15 will be described. In the semiconductor laser device of this sixth embodiment, the n-type B shown in FIG. 0.05 Ga 0.95 On the
[0079]
In the semiconductor laser device according to the sixth embodiment, the low dislocation n-type B formed by using the forming method shown in FIG. 0.05 Ga 0.95 Since the
[0080]
(Seventh embodiment)
FIG. 17 is a cross-sectional view illustrating a method for forming a nitride-based semiconductor layer according to the seventh embodiment of the present invention. 18 is a cross-sectional view showing a semiconductor laser device manufactured by using the nitride-based semiconductor layer forming method of the seventh embodiment shown in FIG. In the seventh embodiment, an example is shown in which a GaN layer formed on a sapphire substrate is used as a base, and a mask layer similar to that of the first embodiment is used as a mask layer. This will be described in detail below.
[0081]
First, a method for forming a nitride-based semiconductor layer according to the seventh embodiment will be described with reference to FIG. In the seventh embodiment, a low
[0082]
After that, in the seventh embodiment, on the
[0083]
When the
[0084]
Next, the structure of a semiconductor laser device manufactured by using the nitride-based semiconductor layer forming method of the seventh embodiment will be described with reference to FIG. In the semiconductor laser device of the seventh embodiment, a first
[0085]
In the semiconductor laser device of the seventh embodiment described above, the
[0086]
(Eighth embodiment)
FIG. 19 is a cross-sectional view illustrating a method for forming a semiconductor layer according to an eighth embodiment of the present invention. FIG. 20 is a cross-sectional view showing a semiconductor laser device manufactured by using the semiconductor layer forming method of the eighth embodiment shown in FIG. In the eighth embodiment, unlike the first to seventh embodiments, a method for forming a semiconductor layer (GaAs layer) other than the nitride-based semiconductor layer will be described. In the eighth embodiment, a mask layer having two constricted portions is used. This will be described in detail below.
[0087]
First, a method for forming a semiconductor layer according to the eighth embodiment will be described with reference to FIG. In the eighth embodiment, two
[0088]
As a method for forming such a
[0089]
Thereafter, in the eighth embodiment, an n-
[0090]
Further, when the n-
[0091]
In addition, as described above, the
[0092]
Next, with reference to FIG. 20, the structure of the semiconductor laser device manufactured by using the forming method of the eighth embodiment shown in FIG. 19 will be described. In the semiconductor laser device of the eighth embodiment, an n-
[0093]
In the semiconductor laser device according to the eighth embodiment, the
[0094]
(Ninth embodiment)
FIG. 21 is a cross-sectional view for explaining a method of forming a semiconductor layer according to the ninth embodiment of the present invention. FIG. 22 is a cross-sectional view showing a semiconductor laser device manufactured by using the semiconductor layer forming method of the ninth embodiment shown in FIG. In the ninth embodiment, unlike the first to seventh embodiments, a method for forming a semiconductor layer (ZnO layer) other than the nitride-based semiconductor layer will be described. The configuration of the mask layer in the ninth embodiment is the same as that in the first embodiment. This will be described in detail below.
[0095]
First, with reference to FIG. 21, the formation method of the semiconductor layer of 9th Embodiment is demonstrated. In the ninth embodiment, similar to the first embodiment, on the
[0096]
Thereafter, in the ninth embodiment, the MOCVD method or the MBE method is used on the
[0097]
When the
[0098]
Next, with reference to FIG. 22, the structure of the semiconductor laser device manufactured by using the semiconductor layer forming method of the ninth embodiment will be described. In the semiconductor laser device of the ninth embodiment, a first conductivity
[0099]
In the semiconductor laser device according to the ninth embodiment described above, the
[0100]
The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and further includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.
[0101]
For example, in the above-described embodiment, the mask layer having one or two constricted portions is formed. However, the present invention is not limited to this and may be a mask layer having three or more constricted portions.
[0102]
In the above embodiment, the stripe-shaped mask layer is formed on the base. However, the present invention is not limited to this. For example, a mask in which a hexagonal mask layer, a triangular mask layer, and a hexagonal opening are formed. You may form the mask layer which formed the layer and the triangular opening part.
[0103]
In the above embodiment, the case where a semiconductor laser element is manufactured has been described. However, the present invention is not limited to this, and the case where other semiconductor elements such as a light emitting diode, a field effect transistor, a photodiode, or a solar cell are manufactured. Is also applicable.
[0104]
In the above embodiment, wet etching is used as a method for manufacturing a constricted mask layer. However, the present invention is not limited to this, and the mask layer is manufactured using dry etching or both dry etching and wet etching. May be. For example, after first forming a mask layer having no constriction by dry etching, the constriction may be formed by wet etching.
[0105]
In the second embodiment, the third embodiment, and the eighth embodiment, the difference in etching rate between the tungsten layer and the SiN layer is used. In the fourth embodiment and the fifth embodiment, SiO is used. 2 A mask layer having a constriction at the center was formed by utilizing the difference in etching rate between the layer and the SiN layer, but the present invention is not limited to this, and a layer having no constriction is etched more than a layer having a constriction. Other combinations may be used as long as they are difficult to be made. For example, in the second and third embodiments, the upper layer or the lower layer is made of SiO. 2 , SiN, TiO 2 TiN or the like, and the intermediate layer may be made of a metal such as tungsten. Alternatively, in the fourth embodiment, the upper layer or the lower layer is TiN, TiO. 2 And the intermediate layer is made of SiO 2 , SiN or the like.
[0106]
In the first to fifth embodiments, the substrate is a sapphire substrate, Si substrate, SiC substrate, or ZrB. 2 Although the substrate or the GaAs substrate is used, the present invention is not limited to this. For example, a Supinel substrate, a GaP substrate, an InP substrate, or a quartz substrate may be used. When using substrates other than these nitride-based semiconductors, the effect of reducing dislocation is particularly great.
[0107]
In the sixth embodiment, a GaN substrate is used as the substrate. However, the present invention is not limited to this, and the sapphire substrate, Si substrate, SiC substrate, GaAs substrate, spinel substrate, GaP substrate, InP substrate, or quartz substrate. Etc. may be used.
[0108]
In the fourth and fifth embodiments, the GaAs substrate and the Si substrate are used as the substrates that easily evaporate the constituent materials. However, the present invention is not limited to this, and a GaP substrate, an InP substrate, a Ge substrate, or the like is used. The same effect can be obtained when other easily evaporated substrates are used.
[0109]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a low-dislocation semiconductor layer can be easily hetero-grown on a base with a thin film thickness.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining the concept of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the concept of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining the concept of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining the concept of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a method for forming a nitride-based semiconductor layer according to the first embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view showing a semiconductor laser device manufactured by using the nitride-based semiconductor layer forming method of the first embodiment shown in FIG.
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a method for forming a nitride-based semiconductor layer according to a second embodiment of the present invention.
8 is a cross-sectional view showing a semiconductor laser device manufactured by using the nitride-based semiconductor layer forming method of the second embodiment shown in FIG.
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a method for forming a nitride-based semiconductor layer according to a third embodiment of the present invention.
10 is a cross-sectional view showing a semiconductor laser device manufactured by using the nitride-based semiconductor layer forming method of the third embodiment shown in FIG.
FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a method for forming a nitride-based semiconductor layer according to a fourth embodiment of the present invention.
12 is a cross-sectional view showing a semiconductor laser device manufactured by using the nitride-based semiconductor layer forming method of the fourth embodiment shown in FIG.
FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a method for forming a nitride-based semiconductor layer according to a fifth embodiment of the present invention.
14 is a cross-sectional view showing a semiconductor laser device manufactured by using the method for forming a nitride-based semiconductor layer according to the fifth embodiment shown in FIG.
FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating a method for forming a nitride-based semiconductor layer according to a sixth embodiment of the present invention.
16 is a cross-sectional view showing a semiconductor laser device manufactured by using the nitride-based semiconductor layer forming method of the sixth embodiment shown in FIG.
FIG. 17 is a cross-sectional view illustrating a method for forming a nitride-based semiconductor layer according to a seventh embodiment of the present invention.
18 is a cross-sectional view showing a semiconductor laser device manufactured by using the nitride-based semiconductor layer forming method of the seventh embodiment shown in FIG.
FIG. 19 is a cross-sectional view illustrating a method for forming a semiconductor layer according to an eighth embodiment of the present invention.
20 is a cross-sectional view showing a semiconductor laser device manufactured by using the semiconductor layer forming method of the eighth embodiment shown in FIG.
FIG. 21 is a sectional view illustrating a method for forming a semiconductor layer according to a ninth embodiment of the present invention.
22 is a cross-sectional view showing a semiconductor laser device manufactured by using the semiconductor layer forming method of the ninth embodiment shown in FIG. 21;
FIG. 23 is a cross-sectional view for explaining an example of a method for forming a nitride-based semiconductor using a conventional selective lateral growth technique.
FIG. 24 is a cross-sectional view for explaining an example of a method for forming a nitride-based semiconductor using a conventional selective lateral growth technique.
FIG. 25 is a cross-sectional view for explaining an example of a method for forming a nitride-based semiconductor using a conventional selective lateral growth technique.
FIG. 26 is a cross-sectional view for explaining an example of a method for forming a nitride-based semiconductor using a conventional selective lateral growth technique.
FIG. 27 is a cross-sectional view for explaining a conventional method of forming a nitride-based semiconductor layer directly on a substrate using selective lateral growth.
FIG. 28 is a cross-sectional view for explaining a conventional method for forming a nitride-based semiconductor layer made of a mixed crystal.
[Explanation of symbols]
1 groundwork
2, 12, 22, 42, 52, 82 Mask layer
11, 71, 91 Sapphire substrate (base)
21 ZrB 2 Substrate (base)
31 SiC substrate (base)
41 n-type GaAs substrate (underlayer)
51, 81 n-type Si substrate (underlayer)
61 n-type GaN substrate (base)
3 Semiconductor layer (first semiconductor layer)
14 Undoped GaN layer (first semiconductor layer)
24, 54 n-type GaN layer (first semiconductor layer)
63 BGaN layer (first semiconductor layer)
75 AlGaInN layer (first semiconductor layer)
83 n-type GaAs layer (first semiconductor layer)
94 Undoped n-type ZnO layer (first semiconductor layer)
Claims (4)
前記下地の上面上および前記マスク層上に形成され素子領域を有する第1半導体層とを備え、
隣接する前記マスク層間の最短距離は、前記マスク層の下面から第1の高さ位置で極大値の第1の距離を有するとともに、前記マスク層の下面から前記第1の高さよりも低い第2の高さ位置で前記第1の距離よりも小さい第2の距離を有し、かつ、前記マスク層の下面から前記第1の高さよりも高い第3の高さ位置で前記第1の距離よりも小さい第3の距離を有するとともに、
前記マスク層は、前記第1の高さ位置に形成された第1の層と、前記第2の高さ位置に形成された第2の層と、前記第3の高さ位置に形成された第3の層と、からなる3層構造を有し、
前記第2の層および第3の層は、前記第1の層よりもエッチングされにくい材料から構成されている、半導体素子。A plurality of mask layers formed at predetermined intervals so as to be in contact with the upper surface of the base and to expose a part of the base;
A first semiconductor layer formed on the upper surface of the base and on the mask layer and having an element region;
The shortest distance between the adjacent mask layers has a first maximum value at a first height position from the lower surface of the mask layer, and a second distance lower than the first height from the lower surface of the mask layer. a height of the first small second distance greater than the distance at the position of, and, from the first distance at a third height position higher than the first height from the bottom surface of the mask layer both as having even smaller third distance,
The mask layer is formed at the first height position, the second layer formed at the second height position, and the third height position. A three-layer structure comprising a third layer;
The second layer and the third layer are made of a material that is harder to etch than the first layer .
前記マスク層は、前記基板の上面に接触するように形成されている、請求項1に記載の半導体素子。The base includes a substrate,
The semiconductor element according to claim 1 , wherein the mask layer is formed so as to contact an upper surface of the substrate.
前記下地の上面上および前記マスク層上に、素子領域を有する第1半導体層を形成する工程とを備え、
前記マスク層を形成する工程は、マスク層の下面から順に第1の層と、第2の層と、第3の層とを積層する工程を有し、
前記第2の層を前記第1の層及び前記第3の層よりもエッチングされにくい材料から構成すると共に、前記第1の層、第2の層及び第3の層をエッチングすることにより、隣接する前記マスク層間の最短距離が、前記マスク層の下面から第1の高さ位置で極大値の第1の距離を有するとともに、前記マスク層の下面から前記第1の高さよりも低い第2の高さ位置で前記第1の距離よりも小さい第2の距離を有し、かつ、前記マスク層の下面から前記第1の高さよりも高い第3の高さ位置で前記第1の距離よりも小さい第3の距離を有するマスク層を形成する、半導体層の形成方法。Forming a plurality of mask layers at predetermined intervals so as to be in contact with the upper surface of the base and to expose a part of the base;
Forming a first semiconductor layer having an element region on the upper surface of the base and on the mask layer,
The step of forming the mask layer includes a step of laminating a first layer, a second layer, and a third layer in order from the lower surface of the mask layer,
The second layer is made of a material that is harder to be etched than the first layer and the third layer, and the first layer, the second layer, and the third layer are etched to be adjacent to each other. the shortest distance of the mask layers that is, has a first distance from a lower surface maximum at a first height position of the mask layer, the lower surface of the second lower than the first height of the mask layer It has a second distance smaller than the first distance at a height position, and is higher than the first distance at a third height position higher than the first height from the lower surface of the mask layer. A method for forming a semiconductor layer, wherein a mask layer having a small third distance is formed.
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