JP2000223417A - 半導体の成長方法、半導体基板の製造方法および半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体の成長方法、半導体基板の製造方法および半導体装置の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 格子定数や熱膨張係数が異なる基板上に窒化
物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体などの半導体の厚膜を成
長させても、反りや亀裂が発生しない半導体の成長方
法、これを用いた半導体基板の製造方法および半導体装
置の製造方法を提供する。 【解決手段】 成長マスクを用いてＧａＮなどの窒化物
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体をこの半導体と異なる材料
からなる基板、例えばサファイア基板上に選択成長させ
るようにした半導体の成長方法において、成長マスクと
して、３回対称または６回対称の対称性を有するパター
ンを少なくとも一部に含む成長マスク４を用いる。３回
対称の対称性を有するパターンは例えば正三角形、６回
対称の対称性を有するパターンは例えば正六角形であ
る。このようにして厚膜の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体層を選択成長させた後、基板をラッピングなどに
より除去して窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のみ
を取り出し、これを基板としてＧａＮ系半導体レーザな
どの半導体装置を製造する。
物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体などの半導体の厚膜を成
長させても、反りや亀裂が発生しない半導体の成長方
法、これを用いた半導体基板の製造方法および半導体装
置の製造方法を提供する。 【解決手段】 成長マスクを用いてＧａＮなどの窒化物
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体をこの半導体と異なる材料
からなる基板、例えばサファイア基板上に選択成長させ
るようにした半導体の成長方法において、成長マスクと
して、３回対称または６回対称の対称性を有するパター
ンを少なくとも一部に含む成長マスク４を用いる。３回
対称の対称性を有するパターンは例えば正三角形、６回
対称の対称性を有するパターンは例えば正六角形であ
る。このようにして厚膜の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体層を選択成長させた後、基板をラッピングなどに
より除去して窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層のみ
を取り出し、これを基板としてＧａＮ系半導体レーザな
どの半導体装置を製造する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体の成長方
法、半導体基板の製造方法および半導体装置の製造方法
に関し、特に、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用
いた半導体レーザや発光ダイオードあるいは電子走行素
子の製造に適用して好適なものである。
法、半導体基板の製造方法および半導体装置の製造方法
に関し、特に、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用
いた半導体レーザや発光ダイオードあるいは電子走行素
子の製造に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＡｌＧａＩｎＮなどの窒化物系Ｉ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用い、可視領域から紫外領域
までの発光を得ることができる半導体レーザや発光ダイ
オードなどの半導体発光素子の開発が活発に行われてい
る。その中でも特に、光記録の分野では、光ディスクな
どの記録密度を向上させるために、短波長域の発光が得
られる半導体レーザの実用化が求められている。
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用い、可視領域から紫外領域
までの発光を得ることができる半導体レーザや発光ダイ
オードなどの半導体発光素子の開発が活発に行われてい
る。その中でも特に、光記録の分野では、光ディスクな
どの記録密度を向上させるために、短波長域の発光が得
られる半導体レーザの実用化が求められている。
【０００３】最近では、ＡｌＧａＩｎＮ系半導体レーザ
において、サファイア基板上に窒化ガリウム（ＧａＮ）
からなるバッファ層を介して窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体層を有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法に
より成長させることにより、室温における３００時間の
連続発振が達成されている（Jpn.J.Appl.Phys.35,L74(1
996)、Jpn.J.Appl.Phys.36,L1059(1997)) 。しかしなが
ら、サファイア基板とＧａＮとでは格子定数も熱膨張係
数も大きく異なることから、サファイア基板上に成長さ
せた窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は１×１０8
〜１×１０9 個／ｃｍ2 程度の貫通転位（転位欠陥が伝
播して結晶中を突き抜けた転位）を有しており、これが
発光素子を作製した場合にその寿命を決める要因になっ
ている。したがって、１万時間以上の実用的寿命を実現
するためには、この貫通転位の密度を低減することが必
要であり、これまでに種々の検討がなされている。
において、サファイア基板上に窒化ガリウム（ＧａＮ）
からなるバッファ層を介して窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体層を有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法に
より成長させることにより、室温における３００時間の
連続発振が達成されている（Jpn.J.Appl.Phys.35,L74(1
996)、Jpn.J.Appl.Phys.36,L1059(1997)) 。しかしなが
ら、サファイア基板とＧａＮとでは格子定数も熱膨張係
数も大きく異なることから、サファイア基板上に成長さ
せた窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層は１×１０8
〜１×１０9 個／ｃｍ2 程度の貫通転位（転位欠陥が伝
播して結晶中を突き抜けた転位）を有しており、これが
発光素子を作製した場合にその寿命を決める要因になっ
ている。したがって、１万時間以上の実用的寿命を実現
するためには、この貫通転位の密度を低減することが必
要であり、これまでに種々の検討がなされている。
【０００４】例えば、その一つにＧａＮ基板の使用があ
るが、ＧａＮ基板の製造方法として現在有力視されてい
る手法は、サファイア基板上にバッファ層を介してＧａ
Ｎ層を成長させ、その上に１〜４μｍ幅のストライプ状
の二酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）膜を７μｍのピッチで形成
した成長マスクを形成し、この成長マスクを用いてサフ
ァイア基板上に塩化物気相エピタキシャル成長法により
ＧａＮ層を横方向に選択成長させた後、サファイア基板
を除去することによりＧａＮ基板を製造するものである
（Jpn.J.Appl.Phys.36,L899(1997) ）。この方法によれ
ば、成長マスク上に成長したＧａＮ層、すなわちＧａＮ
基板の貫通転位の密度を１×１０7 個／ｃｍ2 程度にま
で低減することができる。
るが、ＧａＮ基板の製造方法として現在有力視されてい
る手法は、サファイア基板上にバッファ層を介してＧａ
Ｎ層を成長させ、その上に１〜４μｍ幅のストライプ状
の二酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）膜を７μｍのピッチで形成
した成長マスクを形成し、この成長マスクを用いてサフ
ァイア基板上に塩化物気相エピタキシャル成長法により
ＧａＮ層を横方向に選択成長させた後、サファイア基板
を除去することによりＧａＮ基板を製造するものである
（Jpn.J.Appl.Phys.36,L899(1997) ）。この方法によれ
ば、成長マスク上に成長したＧａＮ層、すなわちＧａＮ
基板の貫通転位の密度を１×１０7 個／ｃｍ2 程度にま
で低減することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来のＧａＮ基板の製造方法では、成長層の貫通転位の
密度は減少するものの、成長膜厚が増大するにつれてサ
ファイア基板との熱膨張係数差による歪みが大きくな
り、結晶成長後の降温時に反りや亀裂が生じる。このた
め、サファイア基板の除去工程でのラッピング時に欠け
や亀裂が増大し、基板の製造歩留まりが非常に低くなっ
てしまう。また、この反ったＧａＮ基板上に発光素子を
作製する場合には、結晶成長後に行われるフォトリソグ
ラフィー工程における露光時に露光装置の焦点深度が反
りに対応することができないなど種々の問題があった。
従来のＧａＮ基板の製造方法では、成長層の貫通転位の
密度は減少するものの、成長膜厚が増大するにつれてサ
ファイア基板との熱膨張係数差による歪みが大きくな
り、結晶成長後の降温時に反りや亀裂が生じる。このた
め、サファイア基板の除去工程でのラッピング時に欠け
や亀裂が増大し、基板の製造歩留まりが非常に低くなっ
てしまう。また、この反ったＧａＮ基板上に発光素子を
作製する場合には、結晶成長後に行われるフォトリソグ
ラフィー工程における露光時に露光装置の焦点深度が反
りに対応することができないなど種々の問題があった。
【０００６】したがって、この発明の目的は、格子定数
や熱膨張係数が異なる基板上に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体などの半導体の厚膜を成長させても、反りや
亀裂が発生しない半導体の成長方法、この成長方法を用
いた半導体基板の製造方法および半導体装置の製造方法
を提供することにある。
や熱膨張係数が異なる基板上に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体などの半導体の厚膜を成長させても、反りや
亀裂が発生しない半導体の成長方法、この成長方法を用
いた半導体基板の製造方法および半導体装置の製造方法
を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者の検討によれ
ば、上述の従来技術の問題点である成長層の亀裂や反り
は、基板との熱膨張係数差により成長層に発生した応力
に臨界点があり、応力がそれを越えると成長層に亀裂が
生じ、応力がそれ以下のときには反りとして発現するも
のである。そして、鋭意検討を行った結果、この亀裂が
生じる方向には規則性があることを見い出した。具体的
には、ＧａＮなどの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
からなる成長層では、亀裂はその｛１１−２０｝面群ま
たは｛１−１００｝面群に平行に発生することを見い出
した。また、本発明者は、ストライプ状のパターンを有
する成長マスクを介して半導体を選択的に成長させる
と、ストライプに沿った方向の亀裂が減少することを見
い出した。
ば、上述の従来技術の問題点である成長層の亀裂や反り
は、基板との熱膨張係数差により成長層に発生した応力
に臨界点があり、応力がそれを越えると成長層に亀裂が
生じ、応力がそれ以下のときには反りとして発現するも
のである。そして、鋭意検討を行った結果、この亀裂が
生じる方向には規則性があることを見い出した。具体的
には、ＧａＮなどの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
からなる成長層では、亀裂はその｛１１−２０｝面群ま
たは｛１−１００｝面群に平行に発生することを見い出
した。また、本発明者は、ストライプ状のパターンを有
する成長マスクを介して半導体を選択的に成長させる
と、ストライプに沿った方向の亀裂が減少することを見
い出した。
【０００８】これらのことより、選択成長する窒化物系
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の接合面が｛１１−２０｝面
または｛１−１００｝面となるように成長マスクを形成
することにより、成長層の亀裂や反りは大幅に減少す
る。このような成長マスクとしては、具体的には、３回
対称または６回対称の対称性を有するパターンからなる
ものが有効である。
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の接合面が｛１１−２０｝面
または｛１−１００｝面となるように成長マスクを形成
することにより、成長層の亀裂や反りは大幅に減少す
る。このような成長マスクとしては、具体的には、３回
対称または６回対称の対称性を有するパターンからなる
ものが有効である。
【０００９】さらに、以上のことは、同様な性質を示す
限り、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体以外の半導体
を成長させる場合にも同様に成立し得るものである。
限り、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体以外の半導体
を成長させる場合にも同様に成立し得るものである。
【００１０】この発明は、本発明者による以上のような
検討に基づいて案出されたものである。
検討に基づいて案出されたものである。
【００１１】すなわち、上記目的を達成するために、こ
の発明の第１の発明は、成長マスクを用いて半導体をこ
の半導体と異なる材料からなる基板上に選択成長させる
ようにした半導体の成長方法において、成長マスクとし
て、ほぼ３回対称または６回対称の対称性を有するパタ
ーンを少なくとも一部に含む成長マスクを用いることを
特徴とするものである。
の発明の第１の発明は、成長マスクを用いて半導体をこ
の半導体と異なる材料からなる基板上に選択成長させる
ようにした半導体の成長方法において、成長マスクとし
て、ほぼ３回対称または６回対称の対称性を有するパタ
ーンを少なくとも一部に含む成長マスクを用いることを
特徴とするものである。
【００１２】この発明の第２の発明は、成長マスクを用
いて半導体をこの半導体と異なる材料からなる基板上に
選択成長させるようにした半導体基板の製造方法におい
て、成長マスクとして、ほぼ３回対称または６回対称の
対称性を有するパターンを少なくとも一部に含む成長マ
スクを用いることを特徴とするものである。
いて半導体をこの半導体と異なる材料からなる基板上に
選択成長させるようにした半導体基板の製造方法におい
て、成長マスクとして、ほぼ３回対称または６回対称の
対称性を有するパターンを少なくとも一部に含む成長マ
スクを用いることを特徴とするものである。
【００１３】この発明の第３の発明は、成長マスクを用
いて半導体をこの半導体と異なる材料からなる基板上に
選択成長させるようにした半導体装置の製造方法におい
て、成長マスクとして、ほぼ３回対称または６回対称の
対称性を有するパターンを少なくとも一部に含む成長マ
スクを用いることを特徴とするものである。
いて半導体をこの半導体と異なる材料からなる基板上に
選択成長させるようにした半導体装置の製造方法におい
て、成長マスクとして、ほぼ３回対称または６回対称の
対称性を有するパターンを少なくとも一部に含む成長マ
スクを用いることを特徴とするものである。
【００１４】この発明において、典型的には、成長マス
クとして、ほぼ３回対称または６回対称の対称性を有す
るパターンの繰り返しパターンからなるものを用いる。
この成長マスクは、３回対称の対称性を有するパターン
のみからなるものや、６回対称の対称性を有するパター
ンのみからなるもののほか、３回対称の対称性を有する
パターンと６回対称の対称性を有するパターンとが混在
するものであってもよい。
クとして、ほぼ３回対称または６回対称の対称性を有す
るパターンの繰り返しパターンからなるものを用いる。
この成長マスクは、３回対称の対称性を有するパターン
のみからなるものや、６回対称の対称性を有するパター
ンのみからなるもののほか、３回対称の対称性を有する
パターンと６回対称の対称性を有するパターンとが混在
するものであってもよい。
【００１５】この発明において、選択成長させるべき半
導体は、典型的には、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体である。この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、
具体的には、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａ
ｌ）、インジウム（Ｉｎ）、ホウ素（Ｂ）およびタリウ
ム（Ｔｌ）からなる群より選ばれた少なくとも一種類の
ＩＩＩ族元素と、少なくとも窒素（Ｎ）を含み、場合に
よってさらにヒ素（Ａｓ）またはリン（Ｐ）を含むＶ族
元素とからなる。この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体の具体例を挙げると、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、
ＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＩｎＮなどである。
導体は、典型的には、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体である。この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、
具体的には、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａ
ｌ）、インジウム（Ｉｎ）、ホウ素（Ｂ）およびタリウ
ム（Ｔｌ）からなる群より選ばれた少なくとも一種類の
ＩＩＩ族元素と、少なくとも窒素（Ｎ）を含み、場合に
よってさらにヒ素（Ａｓ）またはリン（Ｐ）を含むＶ族
元素とからなる。この窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体の具体例を挙げると、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、
ＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＩｎＮなどである。
【００１６】この発明において、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体の選択成長には、好適には、成長速度が速
いハライド気相エピタキシャル成長法（塩化物気相エピ
タキシャル成長法はその一種）またはハイドライド気相
エピタキシャル成長法（いずれも「ＨＶＰＥ法」と呼
ぶ。）が用いられる。ここで、ハライド気相エピタキシ
ャル成長法とは、ハロゲンが輸送もしくは反応に寄与す
る気相成長法を言う。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体の選択成長には、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶ
Ｄ）法や分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法などを用いて
もよい。
化合物半導体の選択成長には、好適には、成長速度が速
いハライド気相エピタキシャル成長法（塩化物気相エピ
タキシャル成長法はその一種）またはハイドライド気相
エピタキシャル成長法（いずれも「ＨＶＰＥ法」と呼
ぶ。）が用いられる。ここで、ハライド気相エピタキシ
ャル成長法とは、ハロゲンが輸送もしくは反応に寄与す
る気相成長法を言う。窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体の選択成長には、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶ
Ｄ）法や分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法などを用いて
もよい。
【００１７】この発明において、基板としては、選択成
長させるべき半導体に応じて選ばれたものが用いられる
が、特に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を選択成長
させる場合には、サファイア、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、
酸化亜鉛（ＺｎＯ）、スピネル、ケイ素（Ｓｉ）、ヒ化
ガリウム（ＧａＡｓ）などからなるものが好適に用いら
れる。また、成長マスクとしては、具体的には、誘電
体、例えば二酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）、窒化ケイ素（Ｓ
ｉＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）などからなる
もの、これらの誘電体の膜からなる群より選ばれた少な
くとも二つの膜の積層膜、ＩＶａ族の金属（Ｔｉ、Ｚ
ｒ、Ｈｆなど）、Ｖａ族の金属（Ｖ、Ｎｂ、Ｔａな
ど）、ＶＩａ族の金属（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗなど）およびＮ
ｉからなる群より選ばれた少なくとも一種類の金属から
なる金属膜または合金膜からなるものや、ＩＶａ族の金
属、Ｖａ族の金属、ＶＩａ族の金属およびＮｉからなる
群より選ばれた少なくとも一種類の金属からなる金属膜
または合金膜と誘電体膜との積層膜からなるものなどが
用いられる。
長させるべき半導体に応じて選ばれたものが用いられる
が、特に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を選択成長
させる場合には、サファイア、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、
酸化亜鉛（ＺｎＯ）、スピネル、ケイ素（Ｓｉ）、ヒ化
ガリウム（ＧａＡｓ）などからなるものが好適に用いら
れる。また、成長マスクとしては、具体的には、誘電
体、例えば二酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）、窒化ケイ素（Ｓ
ｉＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）などからなる
もの、これらの誘電体の膜からなる群より選ばれた少な
くとも二つの膜の積層膜、ＩＶａ族の金属（Ｔｉ、Ｚ
ｒ、Ｈｆなど）、Ｖａ族の金属（Ｖ、Ｎｂ、Ｔａな
ど）、ＶＩａ族の金属（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗなど）およびＮ
ｉからなる群より選ばれた少なくとも一種類の金属から
なる金属膜または合金膜からなるものや、ＩＶａ族の金
属、Ｖａ族の金属、ＶＩａ族の金属およびＮｉからなる
群より選ばれた少なくとも一種類の金属からなる金属膜
または合金膜と誘電体膜との積層膜からなるものなどが
用いられる。
【００１８】この発明において、選択成長させるべき半
導体が窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体である場合、
成長マスクは、選択成長する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体の接合面が｛１１−２０｝面または｛１−１０
０｝面となるように形成される。
導体が窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体である場合、
成長マスクは、選択成長する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体の接合面が｛１１−２０｝面または｛１−１０
０｝面となるように形成される。
【００１９】この発明の第２および第３の発明において
は、典型的には、半導体を選択成長させた後、基板をラ
ッピング、エッチングなどにより除去する。
は、典型的には、半導体を選択成長させた後、基板をラ
ッピング、エッチングなどにより除去する。
【００２０】上述のように構成されたこの発明において
は、成長マスクとして、ほぼ３回対称または６回対称の
対称性を有するパターンを少なくとも一部に含む成長マ
スクを用いていることにより、この成長マスクを用いて
窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を基板上に選択成長
させる場合、少なくとも成長マスクのうちほぼ３回対称
または６回対称の対称性を有するパターンの部分では、
成長マスクの各開口部から選択成長する窒化物系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体の接合面が｛１１−２０｝面または
｛１−１００｝面となるため、成長層は、基板との熱膨
張係数差による応力が緩和され、反りや亀裂の発生を低
減することができる。このため、厚膜を成長させても、
その亀裂や反りの発生を防止することができる。
は、成長マスクとして、ほぼ３回対称または６回対称の
対称性を有するパターンを少なくとも一部に含む成長マ
スクを用いていることにより、この成長マスクを用いて
窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を基板上に選択成長
させる場合、少なくとも成長マスクのうちほぼ３回対称
または６回対称の対称性を有するパターンの部分では、
成長マスクの各開口部から選択成長する窒化物系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体の接合面が｛１１−２０｝面または
｛１−１００｝面となるため、成長層は、基板との熱膨
張係数差による応力が緩和され、反りや亀裂の発生を低
減することができる。このため、厚膜を成長させても、
その亀裂や反りの発生を防止することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態につい
て図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図
において、同一または対応する部分には同一の符号を付
す。
て図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図
において、同一または対応する部分には同一の符号を付
す。
【００２２】まず、この発明の第１の実施形態によるＧ
ａＮ系半導体レーザの製造方法について説明する。図１
〜図８にこの製造方法を示す。このＧａＮ系半導体レー
ザはＳＣＨ（Separate Confinement Heterostructure）
構造を有するものである。
ａＮ系半導体レーザの製造方法について説明する。図１
〜図８にこの製造方法を示す。このＧａＮ系半導体レー
ザはＳＣＨ（Separate Confinement Heterostructure）
構造を有するものである。
【００２３】この第１の実施形態においては、まず、図
１に示すように、Ｃ面サファイア基板１を用意し、その
上に例えばＭＯＣＶＤ法により、例えば５２０℃の温度
で厚さが例えば３０ｎｍのＧａＮバッファ層２を成長さ
せる。このＧａＮバッファ層２は非晶質に近い結晶層か
らなり、その上に下地層を成長させる際の核となるもの
である。このＧａＮバッファ層２の成長においては、原
料ガスとしては、例えば、トリメチルガリウム（（ＣＨ
3 ）3 Ｇａ）ガスとアンモニア（ＮＨ3 ）ガスとを用い
る。次に、このＧａＮバッファ層２上に、例えばＭＯＣ
ＶＤ法により、例えば１０２０℃の温度で厚さが例えば
２μｍの下地ＧａＮ層３を成長させる。
１に示すように、Ｃ面サファイア基板１を用意し、その
上に例えばＭＯＣＶＤ法により、例えば５２０℃の温度
で厚さが例えば３０ｎｍのＧａＮバッファ層２を成長さ
せる。このＧａＮバッファ層２は非晶質に近い結晶層か
らなり、その上に下地層を成長させる際の核となるもの
である。このＧａＮバッファ層２の成長においては、原
料ガスとしては、例えば、トリメチルガリウム（（ＣＨ
3 ）3 Ｇａ）ガスとアンモニア（ＮＨ3 ）ガスとを用い
る。次に、このＧａＮバッファ層２上に、例えばＭＯＣ
ＶＤ法により、例えば１０２０℃の温度で厚さが例えば
２μｍの下地ＧａＮ層３を成長させる。
【００２４】次に、図２に示すように、下地ＧａＮ層３
上に、例えばＣＶＤ法により、例えば４５０℃の温度で
厚さが例えば０．１μｍのＳｉＯ2 膜を形成した後、こ
のＳｉＯ2 膜をフォトリソグラフィー法およびエッチン
グ法によりパターニングし、図３に示すようなパターン
形状の成長マスク４を形成する。図３に示すように、こ
の成長マスク４は、３回対称の対称性を有する正三角形
パターンの開口部４ａが所定幅のマスク部４ｂを介して
配列されたマスクパターンを有する。ここで、この成長
マスク４を構成する正三角形のパターンの辺はＣ面サフ
ァイア基板１の〈１１−２０〉方向または〈１−１０
０〉方向に平行になるようにする。また、この成長マス
ク４の正三角形の開口部４ａの辺の長さは例えば７μｍ
とし、それらの間のマスク部４ｂの幅は例えば３μｍと
する。
上に、例えばＣＶＤ法により、例えば４５０℃の温度で
厚さが例えば０．１μｍのＳｉＯ2 膜を形成した後、こ
のＳｉＯ2 膜をフォトリソグラフィー法およびエッチン
グ法によりパターニングし、図３に示すようなパターン
形状の成長マスク４を形成する。図３に示すように、こ
の成長マスク４は、３回対称の対称性を有する正三角形
パターンの開口部４ａが所定幅のマスク部４ｂを介して
配列されたマスクパターンを有する。ここで、この成長
マスク４を構成する正三角形のパターンの辺はＣ面サフ
ァイア基板１の〈１１−２０〉方向または〈１−１０
０〉方向に平行になるようにする。また、この成長マス
ク４の正三角形の開口部４ａの辺の長さは例えば７μｍ
とし、それらの間のマスク部４ｂの幅は例えば３μｍと
する。
【００２５】次に、例えばアセトン（ＣＨ3 ＣＯＣ
Ｈ3 ）とメタノール（ＣＨ3 ＯＨ）とにより、成長マス
ク４を形成したＣ面サファイア基板１の洗浄を行い、さ
らに、希釈した塩酸（ＨＣｌ）または希釈したフッ酸
（ＨＦ）に１０秒程度浸した後、純水により洗浄を行
う。
Ｈ3 ）とメタノール（ＣＨ3 ＯＨ）とにより、成長マス
ク４を形成したＣ面サファイア基板１の洗浄を行い、さ
らに、希釈した塩酸（ＨＣｌ）または希釈したフッ酸
（ＨＦ）に１０秒程度浸した後、純水により洗浄を行
う。
【００２６】次に、図４に示すように、成長マスク４を
用いて、例えば塩化物気相エピタキシャル成長法によ
り、例えば１０００℃の温度でＧａＮ層５を横方向に選
択成長させる。このＧａＮ層５の選択成長においては、
例えば、１リットル／分の流量でアンモニア（ＮＨ3 ）
ガスを流しながらＣ面サファイア基板１を１０００℃ま
で加熱した後、金属Ｇａ上に塩化水素（ＨＣｌ）ガスを
流し、塩化ガリウム（ＧａＣｌ）ガスを供給する。Ｇａ
Ｃｌガスの供給条件は、成長速度が例えば４０μｍ／時
程度となるようにする。この選択成長の際には、成長マ
スク４の各開口部４ａの下地ＧａＮ層３上からマスク部
４ｂ上に横方向に選択成長するＧａＮ層の接合面は、成
長マスク４の正三角形の開口部４ａの辺がＣ面サファイ
ア基板１の〈１１−２０〉方向に平行な場合にはＧａＮ
の｛１１−２０｝面となり、成長マスク４の正三角形の
開口部４ａの辺がＣ面サファイア基板１の〈１−１０
０〉方向に平行な場合にはＧａＮの｛１−１００｝面と
なる。これらの条件で例えば１時間ＧａＮを選択成長さ
せると、厚さが約４０μｍで表面が平坦な低結晶欠陥密
度の高品質の単結晶の厚膜のＧａＮ層５が得られる。図
５にＣ面サファイア基板１およびＧａＮ層５の結晶方位
関係を示す。
用いて、例えば塩化物気相エピタキシャル成長法によ
り、例えば１０００℃の温度でＧａＮ層５を横方向に選
択成長させる。このＧａＮ層５の選択成長においては、
例えば、１リットル／分の流量でアンモニア（ＮＨ3 ）
ガスを流しながらＣ面サファイア基板１を１０００℃ま
で加熱した後、金属Ｇａ上に塩化水素（ＨＣｌ）ガスを
流し、塩化ガリウム（ＧａＣｌ）ガスを供給する。Ｇａ
Ｃｌガスの供給条件は、成長速度が例えば４０μｍ／時
程度となるようにする。この選択成長の際には、成長マ
スク４の各開口部４ａの下地ＧａＮ層３上からマスク部
４ｂ上に横方向に選択成長するＧａＮ層の接合面は、成
長マスク４の正三角形の開口部４ａの辺がＣ面サファイ
ア基板１の〈１１−２０〉方向に平行な場合にはＧａＮ
の｛１１−２０｝面となり、成長マスク４の正三角形の
開口部４ａの辺がＣ面サファイア基板１の〈１−１０
０〉方向に平行な場合にはＧａＮの｛１−１００｝面と
なる。これらの条件で例えば１時間ＧａＮを選択成長さ
せると、厚さが約４０μｍで表面が平坦な低結晶欠陥密
度の高品質の単結晶の厚膜のＧａＮ層５が得られる。図
５にＣ面サファイア基板１およびＧａＮ層５の結晶方位
関係を示す。
【００２７】このようにして選択成長されたＧａＮ層５
を光学顕微鏡により観察した所、反りや亀裂の発生は見
られなかった。
を光学顕微鏡により観察した所、反りや亀裂の発生は見
られなかった。
【００２８】次に、図６に示すように、Ｃ面サファイア
基板１などをその裏面側から例えば機械的にラッピング
することにより除去し、選択成長されたＧａＮ層５のみ
を取り出す。
基板１などをその裏面側から例えば機械的にラッピング
することにより除去し、選択成長されたＧａＮ層５のみ
を取り出す。
【００２９】次に、図７に示すように、このようにして
得られた厚膜のＧａＮ層５をＧａＮ基板として用いて、
その上に例えばＭＯＣＶＤ法によりｎ型ＡｌＧａＮクラ
ッド層６、ｎ型ＧａＮ光導波層７、例えばＧａ1-x Ｉｎ
x Ｎ／Ｇａ1-y Ｉｎy Ｎ多重量子井戸構造の活性層８、
ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９、ｐ型ＧａＮ光導波層１
０、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１およびｐ型ＧａＮコ
ンタクト層１２を順次成長させる。ここで、これらの層
の下地となるＧａＮ層５が低結晶欠陥密度の高品質の単
結晶であることから、これらの層もまた低結晶欠陥密度
の高品質の単結晶となる。ここで、Ｉｎを含まない層で
あるｎ型ＡｌＧａＮクラッド層６、ｎ型ＧａＮ光導波層
７、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９、ｐ型ＧａＮ光導波層
１０、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１およびｐ型ＧａＮ
コンタクト層１２の成長温度は例えば１０００℃程度と
し、Ｉｎを含む層であるＧａ1-x Ｉｎx Ｎ／Ｇａ1-y Ｉ
ｎyＮ多重量子井戸構造の活性層８の成長温度は例えば
７００〜８００℃とする。また、これらのＧａＮ系半導
体層の成長原料は、例えば、Ｇａ原料としてはトリメチ
ルガリウム（（ＣＨ3 ）3 Ｇａ）、Ａｌ原料としてはト
リメチルアルミニウム（（ＣＨ3 ）3 Ａｌ）、Ｉｎ原料
としてはトリメチルインジウム（（ＣＨ3 ）3Ｉｎ）、
Ｎ原料としてはアンモニア（ＮＨ3 ）を用いる。また、
キャリアガスとしては、例えば、水素（Ｈ2 ）と窒素
（Ｎ2 ）との混合ガスを用いる。ドーパントは、ｎ型ド
ーパントとしては例えばモノシラン（ＳｉＨ4 ）、ｐ型
ドーパントとしては例えばメチルシクロペンタジエニル
マグネシウム（（ＭＣｐ）2 Ｍｇ）を用いる。また、こ
れらの層の厚さの一例を挙げると、ｎ型ＡｌＧａＮクラ
ッド層６は０．５μｍ、ｎ型ＧａＮ光導波層７は０．１
μｍ、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９は２０ｎｍ、ｐ型Ｇ
ａＮ光導波層１０は０．１μｍ、ｐ型ＡｌＧａＮクラッ
ド層１１は０．５μｍ、ｐ型ＧａＮコンタクト層１２は
０．５μｍとする。この後、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層
９、ｐ型ＧａＮ光導波層１０、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド
層１１およびｐ型ＧａＮコンタクト層１２にドープされ
たアクセプタの電気的活性化のための熱処理を行う。こ
の熱処理の温度は例えば７００℃程度とする。
得られた厚膜のＧａＮ層５をＧａＮ基板として用いて、
その上に例えばＭＯＣＶＤ法によりｎ型ＡｌＧａＮクラ
ッド層６、ｎ型ＧａＮ光導波層７、例えばＧａ1-x Ｉｎ
x Ｎ／Ｇａ1-y Ｉｎy Ｎ多重量子井戸構造の活性層８、
ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９、ｐ型ＧａＮ光導波層１
０、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１およびｐ型ＧａＮコ
ンタクト層１２を順次成長させる。ここで、これらの層
の下地となるＧａＮ層５が低結晶欠陥密度の高品質の単
結晶であることから、これらの層もまた低結晶欠陥密度
の高品質の単結晶となる。ここで、Ｉｎを含まない層で
あるｎ型ＡｌＧａＮクラッド層６、ｎ型ＧａＮ光導波層
７、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９、ｐ型ＧａＮ光導波層
１０、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１およびｐ型ＧａＮ
コンタクト層１２の成長温度は例えば１０００℃程度と
し、Ｉｎを含む層であるＧａ1-x Ｉｎx Ｎ／Ｇａ1-y Ｉ
ｎyＮ多重量子井戸構造の活性層８の成長温度は例えば
７００〜８００℃とする。また、これらのＧａＮ系半導
体層の成長原料は、例えば、Ｇａ原料としてはトリメチ
ルガリウム（（ＣＨ3 ）3 Ｇａ）、Ａｌ原料としてはト
リメチルアルミニウム（（ＣＨ3 ）3 Ａｌ）、Ｉｎ原料
としてはトリメチルインジウム（（ＣＨ3 ）3Ｉｎ）、
Ｎ原料としてはアンモニア（ＮＨ3 ）を用いる。また、
キャリアガスとしては、例えば、水素（Ｈ2 ）と窒素
（Ｎ2 ）との混合ガスを用いる。ドーパントは、ｎ型ド
ーパントとしては例えばモノシラン（ＳｉＨ4 ）、ｐ型
ドーパントとしては例えばメチルシクロペンタジエニル
マグネシウム（（ＭＣｐ）2 Ｍｇ）を用いる。また、こ
れらの層の厚さの一例を挙げると、ｎ型ＡｌＧａＮクラ
ッド層６は０．５μｍ、ｎ型ＧａＮ光導波層７は０．１
μｍ、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層９は２０ｎｍ、ｐ型Ｇ
ａＮ光導波層１０は０．１μｍ、ｐ型ＡｌＧａＮクラッ
ド層１１は０．５μｍ、ｐ型ＧａＮコンタクト層１２は
０．５μｍとする。この後、ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層
９、ｐ型ＧａＮ光導波層１０、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド
層１１およびｐ型ＧａＮコンタクト層１２にドープされ
たアクセプタの電気的活性化のための熱処理を行う。こ
の熱処理の温度は例えば７００℃程度とする。
【００３０】次に、図８に示すように、ｐ型ＧａＮコン
タクト層１２上に所定幅のストライプ形状のレジストパ
ターン（図示せず）を形成した後、このレジストパター
ンをマスクとして、例えば反応性イオンエッチング（Ｒ
ＩＥ）法によりｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１の厚さ方
向の途中の深さまでエッチングし、リッジ部を形成す
る。
タクト層１２上に所定幅のストライプ形状のレジストパ
ターン（図示せず）を形成した後、このレジストパター
ンをマスクとして、例えば反応性イオンエッチング（Ｒ
ＩＥ）法によりｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１の厚さ方
向の途中の深さまでエッチングし、リッジ部を形成す
る。
【００３１】次に、リッジ部のｐ型ＧａＮコンタクト層
１２上に例えばＮｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜からなるｐ側電極１
３を形成するとともに、ＧａＮ層５、すなわちＧａＮ基
板の裏面に例えばＴｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕ膜からなるｎ
側電極１４を形成する。
１２上に例えばＮｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜からなるｐ側電極１
３を形成するとともに、ＧａＮ層５、すなわちＧａＮ基
板の裏面に例えばＴｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕ膜からなるｎ
側電極１４を形成する。
【００３２】この後、上述のようにしてレーザ構造が形
成されたＧａＮ層５、すなわちＧａＮ基板を劈開により
バー状に加工して両共振器端面を形成し、さらにこれら
の共振器端面に端面コーティングを施した後、このバー
を劈開によりチップ化する。以上により、目的とするＳ
ＣＨ構造のＧａＮ系半導体レーザが製造される。
成されたＧａＮ層５、すなわちＧａＮ基板を劈開により
バー状に加工して両共振器端面を形成し、さらにこれら
の共振器端面に端面コーティングを施した後、このバー
を劈開によりチップ化する。以上により、目的とするＳ
ＣＨ構造のＧａＮ系半導体レーザが製造される。
【００３３】以上のように、この第１の実施形態によれ
ば、３回対称の対称性を有する正三角形パターンの開口
部４ａがマスク部４ｂを介して配列されたマスクパター
ンを有する成長マスク４を用いてＧａＮ層５を選択成長
させていることにより、このＧａＮ層５はＣ面サファイ
ア基板１との熱膨張係数差による応力が緩和され、反り
や亀裂の発生を抑えることができる。このため、厚膜の
ＧａＮ層５を成長させても、その亀裂や反りの発生を有
効に防止することができ、高品質の単結晶のＧａＮ層５
を得ることができる。このようにＧａＮ層５の亀裂や反
りの発生を防止することができることにより、ＧａＮ層
５のみを取り出するためにＣ面サファイア基板１をラッ
ピングにより除去する際に欠けや亀裂が増大する問題が
なく、ＧａＮ基板を高い歩留まりで製造することができ
る。そして、このようにして得られるＧａＮ基板上にレ
ーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層を成長させ、さら
にリッジ部を形成し、ｐ側電極１３およびｐ側電極１４
を形成することにより、ＧａＡｓ系半導体レーザと同様
に、素子表面にｐ側電極が形成され、基板裏面にｎ側電
極が形成された構造を有するＧａＮ系半導体レーザを通
常の劈開による共振器端面形成により、高い歩留まりで
効率よく製造することができる。また、ＧａＮ基板が平
坦であるため、結晶成長後に行われるフォトリソグラフ
ィー工程における露光時に露光装置の焦点深度が反りに
対応することができないという問題もない。さらに、Ｇ
ａＮ基板を用いていることにより、ＧａＮ系半導体レー
ザの製造工程における自由度を高くすることができる。
ば、３回対称の対称性を有する正三角形パターンの開口
部４ａがマスク部４ｂを介して配列されたマスクパター
ンを有する成長マスク４を用いてＧａＮ層５を選択成長
させていることにより、このＧａＮ層５はＣ面サファイ
ア基板１との熱膨張係数差による応力が緩和され、反り
や亀裂の発生を抑えることができる。このため、厚膜の
ＧａＮ層５を成長させても、その亀裂や反りの発生を有
効に防止することができ、高品質の単結晶のＧａＮ層５
を得ることができる。このようにＧａＮ層５の亀裂や反
りの発生を防止することができることにより、ＧａＮ層
５のみを取り出するためにＣ面サファイア基板１をラッ
ピングにより除去する際に欠けや亀裂が増大する問題が
なく、ＧａＮ基板を高い歩留まりで製造することができ
る。そして、このようにして得られるＧａＮ基板上にレ
ーザ構造を形成するＧａＮ系半導体層を成長させ、さら
にリッジ部を形成し、ｐ側電極１３およびｐ側電極１４
を形成することにより、ＧａＡｓ系半導体レーザと同様
に、素子表面にｐ側電極が形成され、基板裏面にｎ側電
極が形成された構造を有するＧａＮ系半導体レーザを通
常の劈開による共振器端面形成により、高い歩留まりで
効率よく製造することができる。また、ＧａＮ基板が平
坦であるため、結晶成長後に行われるフォトリソグラフ
ィー工程における露光時に露光装置の焦点深度が反りに
対応することができないという問題もない。さらに、Ｇ
ａＮ基板を用いていることにより、ＧａＮ系半導体レー
ザの製造工程における自由度を高くすることができる。
【００３４】次に、この発明の第２の実施形態によるＧ
ａＮ系半導体レーザの製造方法について説明する。
ａＮ系半導体レーザの製造方法について説明する。
【００３５】この第２の実施形態においては、下地Ｇａ
Ｎ層３上に形成する成長マスク４として、図９に示すよ
うなパターン形状のものを用いる。図９に示すように、
この成長マスク４は、６回対称の対称性を有する正六角
形パターンの開口部４ａが所定幅のマスク部４ｂを介し
て配列されたマスクパターンを有する。ここで、この成
長マスク４の正六角形の開口部４ａの辺はＣ面サファイ
ア基板１の〈１１−２０〉方向または〈１−１００〉方
向に平行になるようにする。また、この成長マスク４の
正六角形の開口部４ａの辺の長さは例えば７μｍとし、
それらの間のマスク部４ｂの幅は例えば３μｍとする。
その他のことは第１の実施形態と同様であるので、説明
を省略する。
Ｎ層３上に形成する成長マスク４として、図９に示すよ
うなパターン形状のものを用いる。図９に示すように、
この成長マスク４は、６回対称の対称性を有する正六角
形パターンの開口部４ａが所定幅のマスク部４ｂを介し
て配列されたマスクパターンを有する。ここで、この成
長マスク４の正六角形の開口部４ａの辺はＣ面サファイ
ア基板１の〈１１−２０〉方向または〈１−１００〉方
向に平行になるようにする。また、この成長マスク４の
正六角形の開口部４ａの辺の長さは例えば７μｍとし、
それらの間のマスク部４ｂの幅は例えば３μｍとする。
その他のことは第１の実施形態と同様であるので、説明
を省略する。
【００３６】この第２の実施形態によっても、第１の実
施形態と同様な利点を得ることができる。
施形態と同様な利点を得ることができる。
【００３７】次に、この発明の第３の実施形態によるＧ
ａＮ系半導体レーザの製造方法について説明する。
ａＮ系半導体レーザの製造方法について説明する。
【００３８】この第３の実施形態においては、図１０に
示すように、Ｃ面サファイア基板１上に直接、成長マス
ク４を形成する。この成長マスク４としては、図３また
は図９に示すようなマスクパターンのものを用いる。そ
して、この成長マスク４を用いて、Ｃ面サファイア基板
１上にＧａＮ層５を選択成長させる。その他のことは第
１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
示すように、Ｃ面サファイア基板１上に直接、成長マス
ク４を形成する。この成長マスク４としては、図３また
は図９に示すようなマスクパターンのものを用いる。そ
して、この成長マスク４を用いて、Ｃ面サファイア基板
１上にＧａＮ層５を選択成長させる。その他のことは第
１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００３９】この第３の実施形態によっても、第１の実
施形態と同様な利点を得ることができるほか、成長マス
ク４が形成されたＣ面サファイア基板１上に直接、Ｇａ
Ｎ層５を選択成長させていることにより、ＧａＮ基板の
製造に必要な成長は１回で済み、したがってＧａＮ系半
導体レーザの製造コストの低減を図ることができるとい
う利点をも得ることができる。
施形態と同様な利点を得ることができるほか、成長マス
ク４が形成されたＣ面サファイア基板１上に直接、Ｇａ
Ｎ層５を選択成長させていることにより、ＧａＮ基板の
製造に必要な成長は１回で済み、したがってＧａＮ系半
導体レーザの製造コストの低減を図ることができるとい
う利点をも得ることができる。
【００４０】以上、この発明の実施形態について具体的
に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定され
るものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の
変形が可能である。
に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定され
るものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の
変形が可能である。
【００４１】例えば、第１〜第３の実施形態において挙
げた数値、構造、基板、原料、プロセスなどはあくまで
も例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、構
造、基板、原料、プロセスなどを用いてもよい。
げた数値、構造、基板、原料、プロセスなどはあくまで
も例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、構
造、基板、原料、プロセスなどを用いてもよい。
【００４２】具体的には、第１〜第３の実施形態におい
ては、ＧａＮ層５の選択成長にＨＶＰＥ法を用いている
が、必要に応じて、ＨＶＰＥ法の代わりに、ＭＯＣＶＤ
法やＭＢＥ法を用いてもよい。また、ＧａＮバッファ層
２や下地ＧａＮ層３やレーザ構造を形成するＧａＮ系半
導体層の成長には、ＭＯＣＶＤ法の代わりに、ＭＢＥ法
やＨＶＰＥ法を用いてもよい。
ては、ＧａＮ層５の選択成長にＨＶＰＥ法を用いている
が、必要に応じて、ＨＶＰＥ法の代わりに、ＭＯＣＶＤ
法やＭＢＥ法を用いてもよい。また、ＧａＮバッファ層
２や下地ＧａＮ層３やレーザ構造を形成するＧａＮ系半
導体層の成長には、ＭＯＣＶＤ法の代わりに、ＭＢＥ法
やＨＶＰＥ法を用いてもよい。
【００４３】さらに、第１〜第３の実施形態において
は、この発明をＧａＮ系半導体レーザの製造に適用した
場合について説明したが、この発明は、ＧａＮ系発光ダ
イオードの製造に適用してもよく、さらには、ＧａＮ系
ＦＥＴなどのＧａＮ系電子走行素子の製造に適用しても
よい。
は、この発明をＧａＮ系半導体レーザの製造に適用した
場合について説明したが、この発明は、ＧａＮ系発光ダ
イオードの製造に適用してもよく、さらには、ＧａＮ系
ＦＥＴなどのＧａＮ系電子走行素子の製造に適用しても
よい。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、成長マスクとして、ほぼ３回対称または６回対称の
対称性を有するパターンを少なくとも一部に含む成長マ
スクを用いることにより、格子定数や熱膨張係数が異な
る基板上に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体などの半
導体の厚膜を成長させても、反りや亀裂が発生するのを
防止することができる。そして、このようにして選択成
長される厚膜の半導体膜を用いて半導体基板を製造する
ことができ、さらにはこの半導体基板を用いて各種の半
導体装置を製造することができる。
ば、成長マスクとして、ほぼ３回対称または６回対称の
対称性を有するパターンを少なくとも一部に含む成長マ
スクを用いることにより、格子定数や熱膨張係数が異な
る基板上に窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体などの半
導体の厚膜を成長させても、反りや亀裂が発生するのを
防止することができる。そして、このようにして選択成
長される厚膜の半導体膜を用いて半導体基板を製造する
ことができ、さらにはこの半導体基板を用いて各種の半
導体装置を製造することができる。
【図１】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系半導
体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図２】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系半導
体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図３】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系半導
体レーザの製造方法においてＧａＮ層の選択成長に用い
られる成長マスクを示す平面図である。
体レーザの製造方法においてＧａＮ層の選択成長に用い
られる成長マスクを示す平面図である。
【図４】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系半導
体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図５】この発明の第１の実施形態においてＣ面サファ
イア基板およびその上に選択成長されるＧａＮ層の結晶
方位関係を示す略線図である。
イア基板およびその上に選択成長されるＧａＮ層の結晶
方位関係を示す略線図である。
【図６】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系半導
体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図７】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系半導
体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図８】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系半導
体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
【図９】この発明の第２の実施形態によるＧａＮ系半導
体レーザの製造方法においてＧａＮ層の選択成長に用い
られる成長マスクを示す平面図である。
体レーザの製造方法においてＧａＮ層の選択成長に用い
られる成長マスクを示す平面図である。
【図１０】この発明の第３の実施形態によるＧａＮ系半
導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
導体レーザの製造方法を説明するための断面図である。
１・・・Ｃ面サファイア基板、３・・・下地ＧａＮ層、
４・・・成長マスク、４ａ・・・開口部、４ｂ・・・マ
スク部、５・・・ＧａＮ層、６・・・ｎ型ＡｌＧａＮク
ラッド層、７・・・ｎ型ＧａＮ光導波層、８・・・活性
層、９・・・ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層、１０・・・ｐ
型ＧａＮ光導波層、１１・・・ｐ型ＡｌＧａＮクラッド
層、１２・・・ｐ型ＧａＮコンタクト層、１３・・・ｐ
側電極、１４・・・ｎ側電極
４・・・成長マスク、４ａ・・・開口部、４ｂ・・・マ
スク部、５・・・ＧａＮ層、６・・・ｎ型ＡｌＧａＮク
ラッド層、７・・・ｎ型ＧａＮ光導波層、８・・・活性
層、９・・・ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層、１０・・・ｐ
型ＧａＮ光導波層、１１・・・ｐ型ＡｌＧａＮクラッド
層、１２・・・ｐ型ＧａＮコンタクト層、１３・・・ｐ
側電極、１４・・・ｎ側電極
Claims (43)
- 【請求項１】 成長マスクを用いて半導体をこの半導体
と異なる材料からなる基板上に選択成長させるようにし
た半導体の成長方法において、 上記成長マスクとして、ほぼ３回対称または６回対称の
対称性を有するパターンを少なくとも一部に含む成長マ
スクを用いることを特徴とする半導体の成長方法。 - 【請求項２】 上記成長マスクとして、ほぼ３回対称ま
たは６回対称の対称性を有するパターンの繰り返しパタ
ーンからなる成長マスクを用いることを特徴とする請求
項１記載の半導体の成長方法。 - 【請求項３】 上記半導体は窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体であることを特徴とする請求項１記載の半導体
の成長方法。 - 【請求項４】 上記窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
をハライド気相エピタキシャル成長法またはハイドライ
ド気相エピタキシャル成長法により成長させるようにし
たことを特徴とする請求項３記載の半導体の成長方法。 - 【請求項５】 上記窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
を有機金属化学気相成長法により成長させるようにした
ことを特徴とする請求項３記載の半導体の成長方法。 - 【請求項６】 上記窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
を分子線エピタキシー法により成長させるようにしたこ
とを特徴とする請求項３記載の半導体の成長方法。 - 【請求項７】 上記基板はサファイア、炭化ケイ素、酸
化亜鉛、スピネル、ケイ素またはヒ化ガリウムからなる
基板であることを特徴とする請求項３記載の半導体の成
長方法。 - 【請求項８】 上記成長マスクは誘電体からなることを
特徴とする請求項３記載の半導体の成長方法。 - 【請求項９】 上記成長マスクは二酸化ケイ素、窒化ケ
イ素または酸化アルミニウムからなることを特徴とする
請求項３記載の半導体の成長方法。 - 【請求項１０】 上記成長マスクは二酸化ケイ素膜、窒
化ケイ素膜および酸化アルミニウム膜からなる群より選
ばれた少なくとも二つの膜の積層膜からなることを特徴
とする請求項３記載の半導体の成長方法。 - 【請求項１１】 上記成長マスクはＩＶａ族の金属、Ｖ
ａ族の金属、ＶＩａ族の金属およびＮｉからなる群より
選ばれた少なくとも一種類の金属からなる金属膜または
合金膜からなることを特徴とする請求項３記載の半導体
の成長方法。 - 【請求項１２】 上記成長マスクはＩＶａ族の金属、Ｖ
ａ族の金属、ＶＩａ族の金属およびＮｉからなる群より
選ばれた少なくとも一種類の金属からなる金属膜または
合金膜と誘電体膜との積層膜からなることを特徴とする
請求項３記載の半導体の成長方法。 - 【請求項１３】 上記成長マスクは選択成長する上記窒
化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の接合面が｛１１−２
０｝面または｛１−１００｝面となるように形成されて
いることを特徴とする請求項３記載の半導体の成長方
法。 - 【請求項１４】 成長マスクを用いて半導体をこの半導
体と異なる材料からなる基板上に選択成長させるように
した半導体基板の製造方法において、 上記成長マスクとして、ほぼ３回対称または６回対称の
対称性を有するパターンを少なくとも一部に含む成長マ
スクを用いることを特徴とする半導体基板の製造方法。 - 【請求項１５】 上記成長マスクとして、ほぼ３回対称
または６回対称の対称性を有するパターンの繰り返しパ
ターンからなる成長マスクを用いることを特徴とする請
求項１４記載の半導体基板の製造方法。 - 【請求項１６】 上記半導体は窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体であることを特徴とする請求項１４記載の半
導体基板の製造方法。 - 【請求項１７】 上記窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体をハライド気相エピタキシャル成長法またはハイドラ
イド気相エピタキシャル成長法により成長させるように
したことを特徴とする請求項１６記載の半導体基板の製
造方法。 - 【請求項１８】 上記窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体を有機金属化学気相成長法により成長させるようにし
たことを特徴とする請求項１６記載の半導体基板の製造
方法。 - 【請求項１９】 上記窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体を分子線エピタキシー法により成長させるようにした
ことを特徴とする請求項１６記載の半導体基板の製造方
法。 - 【請求項２０】 上記基板はサファイア、炭化ケイ素、
酸化亜鉛、スピネル、ケイ素またはヒ化ガリウムからな
る基板であることを特徴とする請求項１６記載の半導体
基板の製造方法。 - 【請求項２１】 上記成長マスクは誘電体からなること
を特徴とする請求項１６記載の半導体基板の製造方法。 - 【請求項２２】 上記成長マスクは二酸化ケイ素、窒化
ケイ素または酸化アルミニウムからなることを特徴とす
る請求項１６記載の半導体基板の製造方法。 - 【請求項２３】 上記成長マスクは二酸化ケイ素膜、窒
化ケイ素膜および酸化アルミニウム膜からなる群より選
ばれた少なくとも二つの膜の積層膜からなることを特徴
とする請求項１６記載の半導体基板の製造方法。 - 【請求項２４】 上記成長マスクはＩＶａ族の金属、Ｖ
ａ族の金属、ＶＩａ族の金属およびＮｉからなる群より
選ばれた少なくとも一種類の金属からなる金属膜または
合金膜からなることを特徴とする請求項１６記載の半導
体基板の製造方法。 - 【請求項２５】 上記成長マスクはＩＶａ族の金属、Ｖ
ａ族の金属、ＶＩａ族の金属およびＮｉからなる群より
選ばれた少なくとも一種類の金属からなる金属膜または
合金膜と誘電体膜との積層膜からなることを特徴とする
請求項１６記載の半導体基板の製造方法。 - 【請求項２６】 上記成長マスクは選択成長する上記窒
化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の接合面が｛１１−２
０｝面または｛１−１００｝面となるように形成されて
いることを特徴とする請求項１６記載の半導体基板の製
造方法。 - 【請求項２７】 上記半導体を選択成長させた後、上記
基板を除去するようにしたことを特徴とする請求項１４
記載の半導体基板の製造方法。 - 【請求項２８】 上記半導体を選択成長させた後、上記
基板をラッピングまたはエッチングにより除去するよう
にしたことを特徴とする請求項１４記載の半導体基板の
製造方法。 - 【請求項２９】 成長マスクを用いて半導体をこの半導
体と異なる材料からなる基板上に選択成長させるように
した半導体装置の製造方法において、 上記成長マスクとして、ほぼ３回対称または６回対称の
対称性を有するパターンを少なくとも一部に含む成長マ
スクを用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項３０】 上記成長マスクとして、ほぼ３回対称
または６回対称の対称性を有するパターンの繰り返しパ
ターンからなる成長マスクを用いることを特徴とする請
求項２９記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項３１】 上記半導体は窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体であることを特徴とする請求項２９記載の半
導体装置の製造方法。 - 【請求項３２】 上記窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体をハライド気相エピタキシャル成長法またはハイドラ
イド気相エピタキシャル成長法により成長させるように
したことを特徴とする請求項３１記載の半導体装置の製
造方法。 - 【請求項３３】 上記窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体を有機金属化学気相成長法により成長させるようにし
たことを特徴とする請求項３１記載の半導体装置の製造
方法。 - 【請求項３４】 上記窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体を分子線エピタキシー法により成長させるようにした
ことを特徴とする請求項３１記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項３５】 上記基板はサファイア、炭化ケイ素、
酸化亜鉛、スピネル、ケイ素またはヒ化ガリウムからな
る基板であることを特徴とする請求項３１記載の半導体
装置の製造方法。 - 【請求項３６】 上記成長マスクは誘電体からなること
を特徴とする請求項３１記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項３７】 上記成長マスクは二酸化ケイ素、窒化
ケイ素または酸化アルミニウムからなることを特徴とす
る請求項３１記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項３８】 上記成長マスクは二酸化ケイ素膜、窒
化ケイ素膜および酸化アルミニウム膜からなる群より選
ばれた少なくとも二つの膜の積層膜からなることを特徴
とする請求項３１記載の半導体基板の製造方法。 - 【請求項３９】 上記成長マスクはＩＶａ族の金属、Ｖ
ａ族の金属、ＶＩａ族の金属およびＮｉからなる群より
選ばれた少なくとも一種類の金属からなる金属膜または
合金膜からなることを特徴とする請求項３１記載の半導
体装置の製造方法。 - 【請求項４０】 上記成長マスクはＩＶａ族の金属、Ｖ
ａ族の金属、ＶＩａ族の金属およびＮｉからなる群より
選ばれた少なくとも一種類の金属からなる金属膜または
合金膜と誘電体膜との積層膜からなることを特徴とする
請求項３１記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項４１】 上記成長マスクは選択成長する上記窒
化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の接合面が｛１１−２
０｝面または｛１−１００｝面となるように形成されて
いることを特徴とする請求項３１記載の半導体装置の製
造方法。 - 【請求項４２】 上記半導体を選択成長させた後、上記
基板を除去するようにしたことを特徴とする請求項２９
記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項４３】 上記半導体を選択成長させた後、上記
基板をラッピングまたはエッチングにより除去するよう
にしたことを特徴とする請求項２９記載の半導体装置の
製造方法。
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