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JPH11243253A - 窒化物系iii−v族化合物半導体の成長方法、半導体装置の製造方法、窒化物系iii−v族化合物半導体成長用基板および窒化物系iii−v族化合物半導体成長用基板の製造方法 - Google Patents

窒化物系iii−v族化合物半導体の成長方法、半導体装置の製造方法、窒化物系iii−v族化合物半導体成長用基板および窒化物系iii−v族化合物半導体成長用基板の製造方法

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Publication number
JPH11243253A
JPH11243253A JP4345698A JP4345698A JPH11243253A JP H11243253 A JPH11243253 A JP H11243253A JP 4345698 A JP4345698 A JP 4345698A JP 4345698 A JP4345698 A JP 4345698A JP H11243253 A JPH11243253 A JP H11243253A
Authority
JP
Japan
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compound semiconductor
nitride
substrate
iii
growing
Prior art date
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Pending
Application number
JP4345698A
Other languages
English (en)
Inventor
Shigeki Hashimoto
茂樹 橋本
Takao Miyajima
孝夫 宮嶋
Satoshi Tomioka
聡 冨岡
Katsuhiro Akimoto
克洋 秋本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP4345698A priority Critical patent/JPH11243253A/ja
Publication of JPH11243253A publication Critical patent/JPH11243253A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 良質の単結晶の窒化物系III−V族化合物
半導体を成長させることができる窒化物系III−V族
化合物半導体の成長方法、半導体装置の製造方法、窒化
物系III−V族化合物半導体成長用基板およびその製
造方法を提供する。 【解決手段】 基板上に層状物質からなる層を分子線エ
ピタキシー法などにより成長させた後、この層状物質か
らなる層上に窒化物系III−V族化合物半導体を成長
させる。基板としてはGaAs基板やSi基板などを用
い、好ましくは層状物質からなる層の成長前に表面のダ
ングリングボンドを終端させておく。層状物質として
は、MoS2 などの遷移金属ダイカルコゲナイド、グラ
ファイト、雲母などを用いる。この窒化物系III−V
族化合物半導体を用いて半導体レーザ、発光ダイオー
ド、FETなどを製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、窒化物系III
−V族化合物半導体の成長方法、半導体装置の製造方
法、窒化物系III−V族化合物半導体成長用基板およ
び窒化物系III−V族化合物半導体成長用基板の製造
方法に関し、特に、GaN系半導体を用いた発光ダイオ
ードや半導体レーザあるいは電子走行素子などの各種の
半導体装置の製造に適用して好適なものである。
【0002】
【従来の技術】GaN系半導体は、可視領域から紫外線
領域におよぶ発光が可能な発光ダイオードや半導体レー
ザなどの発光素子あるいは電界効果トランジスタ(FE
T)などの電子素子の有力な材料として研究開発が進め
られているが、このGaN系半導体の成長用の基板とし
ては、大型のGaN単結晶の作製が困難である(J. Cry
stal Growth 178(1997)174) ことから、GaN基板を使
用することは現在のところ難しい。そこで、代わりの基
板として、サファイア(Al2 3 )基板や炭化ケイ素
(SiC)基板などが用いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
のサファイア基板やSiC基板は、格子定数や熱膨張係
数がGaN系半導体と大きく異なる(J. Vac. Sci. Tec
hnol. B 10(1992)1237、表1、表2および図1)ため
に、これらの基板上に例えばGaNを成長させた場合に
は成長層中に107 〜1010cm-2もの大量の貫通転位
が発生したり、クラックや反りも観測される。これらの
現象は、半導体素子の特性の低下や素子作製プロセスの
困難を招き、デバイス作製上大きな問題と考えられてい
る。
【0004】 表1 GaN系半導体の特性 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 材料 結晶系 格子定数a(Å) 熱膨張係数(K-1) −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− GaN(W) 六方晶 3.189 5.59×10-6 AlN(W) 六方晶 3.112 4.2×10-6 InN(W) 六方晶 3.548 2.85×10-6 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 注)Wはウルツ鉱型結晶構造を表す。
【0005】 表2 GaN系半導体の成長用基板の特性 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 基板材料 結晶系 格子定数a(Å) 熱膨張係数(K-1) −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− サファイア 六方晶 4.758 7.5×10-6 6H−SiC 六方晶 3.08 5×10−6 ZnO 六方晶 3.252 2.9×10−6 GaAs(111)立方晶 3.9975 6×10-6 Si(111) 立方晶 3.8397 3.59×10-6 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− したがって、この発明の目的は、良質の単結晶の窒化物
系III−V族化合物半導体を成長させることができる
窒化物系III−V族化合物半導体の成長方法、半導体
装置の製造方法、窒化物系III−V族化合物半導体成
長用基板および窒化物系III−V族化合物半導体成長
用基板の製造方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者は、従来技術が
有する上述の課題を解決すべく、鋭意検討を行った。以
下にその概要について説明する。
【0007】上述のように、GaN系半導体の成長用基
板としては、これまでサファイア基板やSiC基板が使
用されているが、これらの基板はGaN系半導体と格子
定数や熱膨張係数が大きく異なるため、これらの基板上
にGaN系半導体を成長させると、成長層に転位などの
欠陥が発生し、良質の単結晶のGaN系半導体の成長が
困難である。そこで、本発明者は、これらの問題を生じ
ない成長用基板の探索を行った。
【0008】この探索の結果、層状構造を有する物質か
らなる基板を成長用基板に用いることが、上述の課題の
解決に有効であるという結論に至った。なぜなら、層状
物質はその層間が弱いファンデアワールス(Van der Wa
als)の力で結合しており、層間ですべりが生じやすいだ
けでなく、表面にダングリングボンドが現れないことか
ら、その上にGaN系半導体を成長させる場合、格子定
数差に起因した成長層の結晶性の低下を抑える効果を有
し、転位などの欠陥やクラックや反りを生じることなく
GaN系半導体が成長する可能性があるからである。
【0009】このような層状構造を有する物質として
は、遷移金属ダイカルコゲナイド(Adv. Phys. 18(196
9)193) 、グラファイト、雲母などがある。これらのう
ち特に遷移金属ダイカルコゲナイドは、層状構造を有す
るだけでなく、一般に、GaN系半導体との格子定数差
がサファイア基板やSiC基板に比べて小さい。例え
ば、この遷移金属ダイカルコゲナイドの一種である硫化
モリブデン(MoS2 )(輝水鉛鉱として知られてい
る)は、図2に示すような結晶構造を有する六方晶の層
状化合物であり、分解温度は800℃である。2H−M
oS2 の格子定数はa=3.160Åであり、六方晶の
GaNの格子定数a=3.189Åとの差は0.9%と
極めて小さく、AlNの格子定数a=3.112Åとの
差も2.5%と小さい。これらの格子定数差は、六方晶
のGaNの格子定数a=3.189Åとサファイアの格
子定数a=4.758Åとの差が16.0%もあること
と比べると、いかに小さいかがわかる。
【0010】図3に、層状物質であるMoS2 の(00
01)面(C面)上にGaNが積層されたときのそれら
の界面における原子配列を模式的に示す。MoS2 の結
晶内にはファンデアワールスギャップと呼ばれる隙間が
存在し、この隙間に沿って層間のすべりが生じやすくな
っている。図3より、MoS2 /GaN界面の格子整合
は極めて良好であることがわかる。したがって、上述の
ように層状物質であるMoS2 は層間ですべりが生じや
すく、また、表面にダングリングボンドが現れないこと
により、その上にGaNの成長を行った場合、成長層に
転位などの欠陥やクラックや反りが発生するのが有効に
防止され、良質の単結晶のGaNを成長させることがで
きる。これらのことから、MoS2 基板はGaN、より
一般的にはGaN系半導体の成長用基板として極めて優
れていることがわかる。
【0011】しかしながら、遷移金属ダイカルコゲナイ
ド、グラファイト、雲母などの層状物質からなる基板
は、大面積で表面の凹凸が少ない平坦な表面のものを作
製することは現状では困難であることから、半導体装置
の製造に実用化するには難点がある。
【0012】そこで、本発明者は、この難点を克服する
技術として、これらの層状物質の成長が可能な基板を用
い、その上に気相成長などにより層状物質を成長させ、
これを成長用基板として用いることを考えた。この方法
によれば、大面積で表面の凹凸の少ない平坦な表面の層
状物質の基板を得ることができる。したがって、これを
成長用基板として用いてその上にGaN系半導体を成長
させるようにすれば、良質の単結晶のGaN系半導体を
成長させることが可能である。
【0013】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。
【0014】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、基板上に層状物質からなる層を
成長させた後、この層状物質からなる層上に窒化物系I
II−V族化合物半導体を成長させるようにしたことを
特徴とする窒化物系III−V族化合物半導体の成長方
法である。
【0015】この発明の第2の発明は、基板上に層状物
質からなる層を成長させた後、この層状物質からなる層
上に窒化物系III−V族化合物半導体を成長させるよ
うにしたことを特徴とする半導体装置の製造方法であ
る。
【0016】この発明の第3の発明は、基板と、基板上
に成長された層状物質からなる層とを有することを特徴
とする窒化物系III−V族化合物半導体成長用基板で
ある。
【0017】この発明の第4の発明は、基板上に層状物
質からなる層を成長させる工程と、層状物質からなる層
上に窒化物系III−V族化合物半導体を成長させる工
程と、上記基板を除去する工程とを有することを特徴と
する窒化物系III−V族化合物半導体成長用基板の製
造方法である。
【0018】この発明において、層状物質としては、遷
移金属ダイカルコゲナイド、グラファイト、雲母その他
の各種のものが用いられ、これらのうちから、使用する
基板および成長させる窒化物系III−V族化合物半導
体の種類に応じて最適なものが用いられる。この層状物
質からなる層の表面の面方位は、典型的には(000
1)である。また、窒化物系III−V族化合物半導体
は、典型的には六方晶である。
【0019】遷移金属ダイカルコゲナイドの具体例とし
て、格子定数がGaNの格子定数a=3.189Åと近
いものをa軸の格子定数とともに下記に挙げる。
【0020】 遷移金属ダイカルコゲナイド a(Å) 2H−MoS2 3.160 3R−MoS2 3.164 2H−WS2 3.154 3R−WS2 3.162 2H−MoSe2 3.288 3R−MoSe2 3.292 WSe2 3.286 ReSe2 3.30 2H−TaS2 3.315 3R−TaS2 3.32 2H−NbS2 3.31 3R−NbS2 3.33 1T−TaS2 3.346 VSe2 3.35 この発明において、層状物質からなる層を成長させる基
板としては、この層状物質からなる層上に窒化物系II
I−V族化合物半導体を成長させた後に、この窒化物系
III−V族化合物半導体に損傷などを生じさせること
なく容易に除去することができること、成長させる窒化
物系III−V族化合物半導体と熱熱膨張係数が近いこ
と、表面のダングリングボンドを終端させることが可能
であること、などを考慮して適切なものが用いられる。
基板を除去する方法としては、機械的な引っ張り、エッ
チング、ラッピングなどを用いることができる。この基
板としては、具体的には、例えば、GaAs基板やSi
基板などのほか、サファイア基板やSiC基板などを用
いてもよい。
【0021】この発明においては、成長させる窒化物系
III−V族化合物半導体の結晶性の向上を図る観点か
ら、好適には、基板の表面のダングリングボンドを終端
させた後、この基板上に層状物質からなる層を成長さ
せ、この層状物質からなる層上に窒化物系III−V族
化合物半導体を成長させる。基板として例えば(11
1)面方位のGaAs基板を用いる場合、その表面のダ
ングリングボンドはイオウ(S)で終端させることがで
きる(Appl. Phys. Lett. 56(1990)327 、Jpn. J.Appl.
Phys. 28(1989)L340)ほか、セレン(Se)で終端さ
せることもできる。また、基板として例えばSi基板を
用いる場合、その表面のダングリングボンドは、このS
i基板をフッ酸を含む溶液に浸すことにより水素(H)
で終端させることができる(Appl. Phys. Lett. 59(199
1)1458)。
【0022】この発明において、層状物質からなる層
は、典型的には、分子線エピタキシー(MBE)法によ
り成長させるが、有機金属化学気相成長(MOCVD)
法、さらには場合によってはスパッタリング法などによ
り成長させてもよい。この層状物質からなる層を例えば
分子線エピタキシー法により成長させる場合、その成長
温度は好適には200℃以上層状物質の分解温度以下と
する。
【0023】この発明において、窒化物系III−V族
化合物半導体は、典型的には、成長温度が比較的低くて
済む分子線エピタキシー法により成長させるが、最初だ
け分子線エピタキシー法により成長させ、その後、有機
金属化学気相成長法やハイドライド気相エピタキシャル
成長(HVPE)法などの一般により高い成長温度が必
要な成長方法により成長させるようにしてもよい。後者
の方法は、有機金属化学気相成長法やハイドライド気相
エピタキシャル成長法では分子線エピタキシー法に比べ
て成長速度を速くすることができるので、窒化物系II
I−V族化合物半導体を厚く成長させる場合に特に有利
である。むろん、最初の成長に有機金属化学気相成長法
やハイドライド気相エピタキシャル成長法を用いてもよ
い。分子線エピタキシー法においては、窒素(N)源と
して、典型的には、高周波(RF)プラズマセルまたは
電子サイクロトロン(ECR)プラズマセルを用いる。
【0024】この発明においては、窒化物系III−V
族化合物半導体の結晶性の向上を図る観点から、好適に
は、窒化物系III−V族化合物半導体の成長温度より
も低い成長温度で層状物質からなる層上に窒化物系II
I−V族化合物半導体からなるバッファ層を成長させた
後、このバッファ層上に窒化物系III−V族化合物半
導体を成長させる。具体的には、例えば、200℃以上
500℃以下の成長温度で層状物質からなる層上に窒化
物系III−V族化合物半導体からなるバッファ層を成
長させた後、650℃以上900℃以下の成長温度でバ
ッファ層上に窒化物系III−V族化合物半導体を成長
させる。また、同様に窒化物系III−V族化合物半導
体の結晶性の向上を図る観点から、好適には、窒化物系
III−V族化合物半導体の成長時の原料の供給は、I
II族元素の原料の供給から開始する。
【0025】この発明において、層状物質からなる層
は、少なくとも、層状構造を形成する1単位の層を含む
ものであればよいが、この層状物質からなる層を基板と
窒化物系III−V族化合物半導体との間に介在させる
効果を十分に発揮する観点からは、好適には、2単位以
上の層を含むものとする。
【0026】この発明において、窒化物系III−V族
化合物半導体は、Ga、Al、InおよびBからなる群
より選ばれた少なくとも一種のIII族元素と、少なく
ともNを含み、場合によってさらにAsまたは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、AlN、AlGa
N、GaInN、AlGaInNなどである。
【0027】上述のように構成されたこの発明によれ
ば、層状物質からなる層上に窒化物系III−V族化合
物半導体を成長させることにより、この層状物質からな
る層はその層間ですべりが生じやすいことや表面にダン
グリングボンドが現れないことなどから、この層状物質
からなる層上に、貫通転位などの欠陥やクラックや反り
などの発生が抑えられつつ、窒化物系III−V族化合
物半導体が成長する。また、この層状物質からなる層は
基板上に成長させたものであるため、大面積で凹凸のな
い平坦な表面を有するものとすることができる。
【0028】
【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。
【0029】図1はこの発明の第1の実施形態によるG
aN層の成長方法を示す。
【0030】この第1の実施形態においては、図4Aに
示すように、(111)面方位のGaAs基板1を用意
し、その裏面に保護膜2を形成する。この保護膜2は、
GaAs基板1は後述のMBE法あるいはMOCVD法
によるGaN層の成長の際にN原料として用いられるこ
とがあるアンモニア(NH3 )などにより浸食されるこ
とがあることから、これを防止するためのものである。
この保護膜2としては、例えばMo、Ti、Hf、Zn
などの高融点金属などの膜が用いられ、真空蒸着法やス
パッタリング法などにより形成される。
【0031】次に、保護膜2の表面を例えばレジスト
(図示せず)で覆い、GaAs基板1の表面に形成され
た自然酸化膜(図示せず)をウエットエッチングにより
エッチング除去し、さらに純水で洗浄を行った後、窒素
ガスで乾燥させる。このウエットエッチングには、例え
ば、2%水酸化カリウム(KOH):過酸化水素水(H
2 2 )=40:2のエッチング液を用いる。
【0032】次に、上述のようにして表面清浄化を行っ
たGaAs基板1を例えば硫化アンモニウム((N
4 2 S)中に浸し、GaAs基板1の表面のダング
リングボンドをSで終端させる(Appl. Phys. Lett. 56
(1990)327 、Jpn. J. Appl. Phys. 28(1989)L340)。こ
の後、GaAs基板1を硫化アンモニウムから取り出
し、その表面を窒素ガスで乾燥させる。
【0033】次に、上述のようにして表面のダングリン
グボンドがSで終端されたGaAs基板1をMBE装置
の成長室に導入した後、成長室内を例えば1×10-9
a程度の超高真空に排気する。次に、GaAs基板1の
温度を徐々に上昇させ、200〜800℃の範囲のいず
れかの温度に維持する。このとき、基板温度が150℃
を過ぎたあたりから、クヌーデン(Knudsen)セルにより
発生されたS分子線をGaAs基板1の表面に照射し始
める。そして、基板温度が目的とする成長温度に達した
ところで、Mo分子線も照射し、図4Bに示すように、
GaAs基板1の表面上にMoS2 層3を成長させる。
このMoS2 層3の厚さは1〜1000nm程度であ
る。このとき、このMoS2 層3の最表面は過剰なSで
覆われるようにする。このMoS2 層3の表面は、大面
積にわたって凹凸の少ない平坦な表面とすることができ
る。
【0034】次に、MoS2 層3を成長させたGaAs
基板1を別のMBE装置の成長室に移した後、成長室内
を例えば1×10-9Pa程度の超高真空に排気する。次
に、GaAs基板1の温度を徐々に上昇させ、400〜
1000℃のいずれかの温度に維持し、MoS2 層3の
最表面を覆っている過剰なSを蒸発させた後、連続し
て、図4Cに示すように、MoS2 層3の清浄表面上
に、N源としてRFプラズマセルを用いたMBE法(以
下「RF−MBE法」と言う)によりGaN層4を成長
させる。この成長時には、Ga原料として金属Gaを用
い、N原料としては窒素ガスやアンモニアガスを用い
る。N原料としてアンモニアを用いる場合においても、
GaAs基板1の裏面にはMo膜などの保護膜2が形成
されていることから、GaAs基板1の浸食は生じな
い。金属Gaの加熱温度は例えば950℃とする。さら
に、ここで重要なことは、GaN層4の成長時の原料の
供給は、Ga原料の供給から開始することである。これ
は、成長初期にまずMoS2 層3の表面をGa面として
おくことにより、成長層への転位などの欠陥の導入がよ
り抑えられるためである。
【0035】図5に、GaAs基板1、MoS2 層3お
よびGaN層4の界面近傍の原子配列を模式的に示す。
図5より、MoS2 層3とGaN層4とは非常によく格
子整合していることがわかる。
【0036】以上のように、この第1の実施形態によれ
ば、GaAs基板1の表面に層状物質であるMoS2
3をC軸配向で成長させていることにより、このMoS
2 層3の(0001)面からなる表面は大面積で凹凸の
少ない平坦なものとすることかできる。そして、このM
oS2 層2の表面上にGaN層4を成長させていること
により、転位などの欠陥やクラックや反りなどの発生を
抑えつつ、良質の単結晶のGaN層4を成長させること
ができる。
【0037】図6はこの発明の第2の実施形態によるG
aN層の成長方法を示す。
【0038】この第2の実施形態においては、第1の実
施形態と同様なプロセスにより、図6Aおよび図6Bに
示すように、GaAs基板1の裏面に保護膜2を形成
し、さらにこのGaAs基板1の表面にMoS2 層3を
成長させる。
【0039】次に、図6Cに示すように、MoS2 層3
上に、200〜400℃の成長温度でRF−MBE法に
よりGaNバッファ層5を低温成長させる。この成長時
にはGa原料として金属Gaを用い、N原料としては窒
素ガスやアンモニアガスを用いる。このGaNバッファ
層5の厚さは例えば5〜20nmである。また、ここで
重要なことは、このGaNバッファ層5の成長時の原料
の供給は、Ga原料の供給から開始することである。そ
の理由はすでに述べた通りである。
【0040】次に、図6Dに示すように、GaNバッフ
ァ層5の成長後に成長温度を650〜900℃に上昇さ
せ、この成長温度でRF−MBE法によりGaN層4を
成長させる。このGaN層4の成長時には、GaNバッ
ファ層5の成長時と同様に、Ga原料として金属Gaを
用い、N原料として窒素ガスやアンモニアガスを用いる
が、この場合、金属Gaの加熱温度は例えば950℃と
する。
【0041】この第2の実施形態によれば、第1の実施
形態と同様な利点を得ることができる。
【0042】図7〜図11は、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示す。
【0043】この第3の実施形態においては、まず、図
7に示すように、第1および第2の実施形態と同様なプ
ロセスにより、(111)面方位のGaAs基板11の
裏面に保護膜12を形成し、さらにこのGaAs基板1
1の表面にMoS2 層13をc軸配向で成長させ、引き
続いてこのMoS2 層13上にRF−MBE法によりG
aNバッファ層14およびGaN層15を順次成長させ
る。この場合、GaN層15は、後述のGaAs基板1
1の除去後は基板の役割を果たすものであることから、
半導体レーザの製造プロセスに耐えられる機械的強度を
有するように十分に厚く成長させる。具体的には、この
GaN層15の厚さは、100μm程度以上あれば通常
は足りるが、典型的には数100μm程度に選ばれる。
このGaN層15はアンドープの状態でn型の導電性を
有する。
【0044】次に、図8に示すように、GaN層15上
に、RF−MBE法により、650〜900℃の成長温
度で、n型AlGaNクラッド層16、n型GaN光導
波層17、例えばGa1-x Inx N/Ga1-y Iny
多重量子井戸構造の活性層18、p型GaN光導波層1
9、p型AlGaNクラッド層20およびp型GaNコ
ンタクト層21を順次成長させる。これらの層の厚さの
一例を挙げると、n型AlGaNクラッド層16は0.
5μm、n型GaN光導波層17は0.1μm、p型G
aN光導波層19は0.1μm、p型AlGaNクラッ
ド層20は0.5μm、p型GaNコンタクト層21は
0.5μmである。また、n型AlGaNクラッド層1
6およびn型GaN光導波層17にはn型不純物(ドナ
ー)として例えばSiをドープし、p型GaN光導波層
19、p型AlGaNクラッド層20およびp型GaN
コンタクト層21にはp型不純物(アクセプタ)として
例えばMgをドープする。
【0045】次に、図9に示すように、GaAs基板1
1をGaN層15から除去する。このGaAs基板11
の除去は種々の方法で行うことができる。具体的には、
例えば、GaN層15とGaAs基板11との間に機械
的に引っ張り力を加えたり、MoS2 層13をエッチン
グ液(例えば、硝酸:硫酸:水=1:1:3のもの、ま
たは、リン酸:硝酸=1:1のもの)でエッチングして
もよいし、GaAs基板11をエッチング液(例えば、
硫酸:過酸化水素水:水=3:1:1のもの)でエッチ
ングしたり、ラッピングしたりしてもよい。
【0046】次に、図10に示すように、例えばリフト
オフ法などにより、p型GaNコンタクト層21上にス
トライプ形状のp側電極22を形成するとともに、Ga
Nバッファ層14の裏面にn側電極23を全面電極とし
て形成する。ここで、p側電極22としては例えばNi
/Au膜やNi/Pt/Au膜などを用い、n側電極2
3としては例えばTi/Al膜やTi/Al/Pt/A
u膜などを用いる。
【0047】次に、上述のようにしてレーザ構造が形成
されたGaN層15をバー状に劈開して両共振器端面を
形成し、さらに端面コーティングを行った後、このバー
を劈開してチップ化する。以上により、図11に示すよ
うに、目的とするGaN系半導体レーザが製造される。
【0048】以上のように、この第3の実施形態によれ
ば、GaAs基板11上にMoS層13を成長させ、
さらにその上にGaNバッファ層14を介して十分に厚
いGaN層15を成長させているので、良質の単結晶の
GaN層15を得ることができる。そして、このGaN
層15上にレーザ構造を形成するGaN系半導体層を成
長させていることにより、これらのGaN系半導体層も
良質の単結晶とすることができる。これによって、発光
効率が高く低しきい値電流密度の良好な特性を有し、か
つ、長寿命のGaN系半導体レーザを実現することがで
きる。また、レーザ構造を形成するGaN系半導体層は
十分に厚いGaN層15からなる基板上に積層されてい
るため、絶縁性基板であるサファイア基板を用いた従来
のGaN系半導体レーザと異なり、放熱性が高く、ま
た、レーザ構造を形成するGaN系半導体層をレーザ共
振器の形状にパターニングするためのメサエッチングが
不要となるとともに、n側電極23を基板、すなわちG
aN層15の裏面に形成することができることにより、
GaAs系半導体レーザなどと同様な電極構造とするこ
とができ、製造プロセスの簡略化を図ることができると
ともに、製造設備の共用化を図ることができる。さら
に、このGaN系半導体レーザにおいては、基板および
レーザ構造を形成する半導体層ともにGaN系半導体層
であることから、劈開による共振器端面の形成を容易に
行うことができる。
【0049】次に、この発明の第4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。
【0050】この第4の実施形態においては、レーザ構
造を形成するGaN系半導体層を、MBE法ではなく、
MOCVD法により成長させる。具体的には、第3の実
施形態と同様にしてRF−MBE法によりMoS
13上にGaNバッファ層14およびGaN層15を順
次成長させた後、GaAs基板11をMBE装置の成長
室からMOCVD装置の成長室に好適には真空搬送によ
り移し、この成長室内でGaN層15上にレーザ構造を
形成するGaN系半導体層を成長させる。この場合、最
上層のp型GaNコンタクト層21を成長させた後、p
型不純物の電気的活性化のための熱処理を、例えば70
0〜900℃の温度で行う。その他のことは、第3の実
施形態と同様であるので、説明を省略する。
【0051】この第4の実施形態によれば、第3の実施
形態と同様な利点を得ることができるほか、レーザ構造
を形成するGaN系半導体層をMBE法に比べて成長速
度が速いMOCVD法により成長させていることによ
り、GaN系半導体レーザの生産性の向上を図ることが
できるという利点を得ることができる。
【0052】次に、この発明の第5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。
【0053】この第5の実施形態においては、初期成長
層を除くGaN層15およびレーザ構造を形成するGa
N系半導体層を、MOCVD法により成長させる。具体
的には、第3の実施形態と同様にしてRF−MBE法に
よりMoS2 層13上にGaNバッファ層14およびG
aN層15を順次成長させる。ただし、この場合、この
GaN層15の厚さは薄く(例えば、1μm程度)す
る。次に、GaAs基板11をMBE装置の成長室から
MOCVD装置の成長室に移し、この成長室内でMOC
VD法により成長を行ってGaN層15を積み増しする
ことにより十分な厚さ、例えば数100μm程度の厚さ
にする。この後、MOCVD法により、GaN層15上
にレーザ構造を形成するGaN系半導体層を成長させ
る。その他のことは、第3の実施形態と同様であるの
で、説明を省略する。
【0054】この第5の実施形態によれば、第3の実施
形態と同様な利点を得ることができるほか、レーザ構造
を形成するGaN系半導体層だけでなく、厚いGaN層
15もMOCVD法により成長させていることにより、
GaN系半導体レーザの生産性のより一層の向上を図る
ことができるという利点を得ることができる。
【0055】次に、この発明の第6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。
【0056】この第6の実施形態においては、初期成長
層を除くGaN層15を、MBE法ではなく、HVPE
法により成長させる。具体的には、第3の実施形態と同
様にしてRF−MBE法によりMoS2 層13上にGa
Nバッファ層14および薄いGaN層15を順次成長さ
せた後、GaAs基板11をMBE装置の成長室からH
VPE装置の成長室に移し、この成長室内でHVPE法
により成長を行ってGaN層15を積み増しすることに
より十分な厚さ、例えば数100μm程度の厚さにす
る。次に、MOCVD法により、GaN層15上にレー
ザ構造を形成するGaN系半導体層を成長させる。その
他のことは、第3の実施形態と同様であるので、説明を
省略する。
【0057】この第6の実施形態によれば、第3の実施
形態と同様な利点を得ることができるほか、厚いGaN
層15をMOCVD法よりもさらに成長速度が速いHV
PE法により成長させていることにより、GaN系半導
体レーザの生産性の大幅な向上を図ることができるとい
う利点を得ることができる。
【0058】次に、この発明の第7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。
【0059】この第7の実施形態においては、GaAs
基板11上にMoS2 層13を成長させた後、このMo
2 層13上にGaNバッファ層14を介して厚いGa
N層15を成長させる。このGaN層15の成長には好
適には成長速度が速いHVPE法を用いる。
【0060】次に、第3の実施形態と同様にして、Ga
N層15からGaAs基板11を除去する。これによっ
て、図12に示すように、成長用基板となる十分な厚さ
のGaN層15が得られる。この後、このGaN層15
を成長用基板として用いて、その上にMBE法またはM
OCVD法によりレーザ構造を形成するGaN系半導体
層を成長させる。その他のことは、第3の実施形態と同
様であるので、説明を省略する。
【0061】この第7の実施形態によれば、第3の実施
形態と同様な利点を得ることができる。
【0062】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。
【0063】例えば、上述の第1〜第7の実施形態にお
いて挙げた数値、構造、基板、プロセス、成長法などは
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、プロセス、成長法などを用いてもよ
い。
【0064】具体的には、上述の第1〜第7の実施形態
においては、MoS2 層3をMBEにより成長させてい
るが、このMoS2 層3は例えばMOCVD法により成
長させてもよい。
【0065】また、上述の第5および第6の実施形態に
おいては、レーザ構造を形成するGaN系半導体層をM
OCVD法により成長させているが、このGaN系半導
体層はMOCVD法により成長させるようにしてもよ
い。
【0066】また、上述の第3〜第7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することができるほか、GaN
系FETなどのGaN系電子走行素子の製造に適用する
こともできる。
【0067】
【発明の効果】以上説明したように、この発明による窒
化物系III−V族化合物半導体の成長方法によれば、
層状物質からなる層上に窒化物系III−V族化合物半
導体を成長させるようにしているので、良質の単結晶の
窒化物系III−V族化合物半導体を成長させることが
できる。
【0068】この発明による半導体装置の製造方法によ
れば、層状物質からなる層上に窒化物系III−V族化
合物半導体を成長させるようにしているので、良質の単
結晶の窒化物系III−V族化合物半導体を成長させる
ことができ、この窒化物系III−V族化合物半導体を
用いて特性が良好な半導体装置を製造することができ
る。
【0069】この発明による窒化物系III−V族化合
物半導体成長用基板によれば、基板上に層状物質からな
る層が積層されていることにより、その表面を大面積で
凹凸の少ない平坦な表面とすることができ、したがっ
て、その上に窒化物系III−V族化合物半導体を成長
させることにより、良質の単結晶の窒化物系III−V
族化合物半導体を成長させることができる。
【0070】この発明による窒化物系III−V族化合
物半導体成長用基板の製造方法によれば、基板上に層状
物質からなる層を成長させ、この層状物質からなる層上
に窒化物系III−V族化合物半導体を成長させた後、
基板を除去していることにより、大面積で表面の凹凸の
少ない平坦な表面を有する窒化物系III−V族化合物
半導体からなる窒化物系III−V族化合物半導体成長
基板を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】GaN系半導体およびその成長に用いられる基
板の材料の格子定数および熱膨張係数を示す略線図であ
る。
【図2】MoS2 の結晶構造を示す略線図である。
【図3】MoS2 /GaN界面の原子配列を模式的に示
す略線図である。
【図4】この発明の第1の実施形態によるGaN層の成
長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の実施形態におけるGaAs基
板/MoS2 層/GaN層の界面の原子配列を模式的に
示す略線図である。
【図6】この発明の第2の実施形態によるGaN層の成
長方法を説明するための断面図である。
【図7】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を説明するための断面図である。
【図8】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を説明するための断面図である。
【図10】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を説明するための断面図である。
【図11】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を説明するための断面図である。
【図12】この発明の第7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。
【符号の説明】
1、11・・・GaAs基板、3、13・・・MoS2
層、4、15・・・GaN層、5、14・・・GaNバ
ッファ層、16・・・n型AlGaNクラッド層、17
・・・n型GaN光導波層、18・・・活性層、19・
・・p型GaN光導波層、20・・・p型AlGaNク
ラッド層、21・・・p型GaNコンタクト層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 29/812 H01L 29/80 B 33/00 (72)発明者 秋本 克洋 茨城県つくば市天王台1丁目1番1号 筑 波大学物質工学系内

Claims (39)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に層状物質からなる層を成長させ
    た後、この層状物質からなる層上に窒化物系III−V
    族化合物半導体を成長させるようにしたことを特徴とす
    る窒化物系III−V族化合物半導体の成長方法。
  2. 【請求項2】 上記層状物質からなる層の表面の面方位
    は(0001)であることを特徴とする請求項1記載の
    窒化物系III−V族化合物半導体の成長方法。
  3. 【請求項3】 上記基板の表面のダングリングボンドを
    終端させた後、上記基板上に上記層状物質からなる層を
    成長させ、上記層状物質からなる層上に上記窒化物系I
    II−V族化合物半導体を成長させるようにしたことを
    特徴とする請求項1記載の窒化物系III−V族化合物
    半導体の成長方法。
  4. 【請求項4】 上記窒化物系III−V族化合物半導体
    は六方晶であることを特徴とする請求項1記載の窒化物
    系III−V族化合物半導体の成長方法。
  5. 【請求項5】 上記層状物質からなる層を分子線エピタ
    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1記載の窒化物系III−V族化合物半導体の成
    長方法。
  6. 【請求項6】 200℃以上上記層状物質の分解温度以
    下の成長温度で上記層状物質からなる層を成長させるよ
    うにしたことを特徴とする請求項5記載の窒化物系II
    I−V族化合物半導体の成長方法。
  7. 【請求項7】 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1記載の窒化物系III−V族化
    合物半導体の成長方法。
  8. 【請求項8】 上記窒化物系III−V族化合物半導体
    の成長温度よりも低い成長温度で上記層状物質からなる
    層上に窒化物系III−V族化合物半導体からなるバッ
    ファ層を成長させた後、このバッファ層上に上記窒化物
    系III−V族化合物半導体を成長させるようにしたこ
    とを特徴とする請求項1記載の窒化物系III−V族化
    合物半導体の成長方法。
  9. 【請求項9】 200℃以上500℃以下の成長温度で
    上記層状物質からなる層上に窒化物系III−V族化合
    物半導体からなるバッファ層を成長させた後、650℃
    以上900℃以下の成長温度で上記バッファ層上に上記
    窒化物系III−V族化合物半導体を成長させるように
    したことを特徴とする請求項1記載の窒化物系III−
    V族化合物半導体の成長方法。
  10. 【請求項10】 上記窒化物系III−V族化合物半導
    体の成長時の原料の供給は、III族元素の原料の供給
    から開始するようにしたことを特徴とする請求項1記載
    の窒化物系III−V族化合物半導体の成長方法。
  11. 【請求項11】 上記バッファ層の成長時の原料の供給
    は、III族元素の原料の供給から開始するようにした
    ことを特徴とする請求項8記載の窒化物系III−V族
    化合物半導体の成長方法。
  12. 【請求項12】 上記層状物質は遷移金属ダイカルコゲ
    ナイドであることを特徴とする請求項1記載の窒化物系
    III−V族化合物半導体の成長方法。
  13. 【請求項13】 基板上に層状物質からなる層を成長さ
    せた後、この層状物質からなる層上に窒化物系III−
    V族化合物半導体を成長させるようにしたことを特徴と
    する半導体装置の製造方法。
  14. 【請求項14】 上記層状物質からなる層の表面の面方
    位は(0001)であることを特徴とする請求項13記
    載の半導体装置の製造方法。
  15. 【請求項15】 上記基板の表面のダングリングボンド
    を終端させた後、上記基板上に上記層状物質からなる層
    を成長させ、上記層状物質からなる層上に上記窒化物系
    III−V族化合物半導体を成長させるようにしたこと
    を特徴とする請求項13記載の半導体装置の製造方法。
  16. 【請求項16】 上記窒化物系III−V族化合物半導
    体は六方晶であることを特徴とする請求項13記載の半
    導体装置の製造方法。
  17. 【請求項17】 上記層状物質からなる層を分子線エピ
    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13記載の半導体装置の製造方法。
  18. 【請求項18】 200℃以上上記層状物質の分解温度
    以下の成長温度で上記層状物質からなる層を成長させる
    ようにしたことを特徴とする請求項13記載の半導体装
    置の製造方法。
  19. 【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13記載の半導体装置の製造方
    法。
  20. 【請求項20】 上記窒化物系III−V族化合物半導
    体の成長温度よりも低い成長温度で上記層状物質からな
    る層上に窒化物系III−V族化合物半導体からなるバ
    ッファ層を成長させた後、このバッファ層上に上記窒化
    物系III−V族化合物半導体を成長させるようにした
    ことを特徴とする請求項13記載の半導体装置の製造方
    法。
  21. 【請求項21】 200℃以上500℃以下の成長温度
    で上記層状物質からなる層上に窒化物系III−V族化
    合物半導体からなるバッファ層を成長させた後、650
    ℃以上900℃以下の成長温度で上記バッファ層上に上
    記窒化物系III−V族化合物半導体を成長させるよう
    にしたことを特徴とする請求項13記載の半導体装置の
    製造方法。
  22. 【請求項22】 上記窒化物系III−V族化合物半導
    体の成長時の原料の供給は、III族元素の原料の供給
    から開始するようにしたことを特徴とする請求項13記
    載の半導体装置の製造方法。
  23. 【請求項23】 上記バッファ層の成長時の原料の供給
    は、III族元素の原料の供給から開始するようにした
    ことを特徴とする請求項20記載の半導体装置の製造方
    法。
  24. 【請求項24】 上記層状物質は遷移金属ダイカルコゲ
    ナイドであることを特徴とする請求項13記載の半導体
    装置の製造方法。
  25. 【請求項25】 基板と、 上記基板上に成長された層状物質からなる層とを有する
    ことを特徴とする窒化物系III−V族化合物半導体成
    長用基板。
  26. 【請求項26】 上記層状物質からなる層は分子線エピ
    タキシー法により成長されたものであることを特徴とす
    る請求項25記載の窒化物系III−V族化合物半導体
    成長用基板。
  27. 【請求項27】 200℃以上上記層状物質の分解温度
    以下の成長温度で上記層状物質からなる層が成長された
    ことを特徴とする請求項25記載の窒化物系III−V
    族化合物半導体成長用基板。
  28. 【請求項28】 上記層状物質は遷移金属ダイカルコゲ
    ナイドであることを特徴とする請求項25記載の窒化物
    系III−V族化合物半導体成長用基板。
  29. 【請求項29】 基板上に層状物質から層を成長させる
    工程と、上記層状物質からなる層上に窒化物系III−
    V族化合物半導体を成長させる工程と、 上記基板を除去する工程とを有することを特徴とする窒
    化物系III−V族化合物半導体成長用基板の製造方
    法。
  30. 【請求項30】 上記基板の表面のダングリングボンド
    を終端させた後、上記基板上に上記層状物質からなる層
    を成長させるようにしたことを特徴とする請求項29記
    載の窒化物系III−V族化合物半導体成長用基板の製
    造方法。
  31. 【請求項31】 上記窒化物系III−V族化合物半導
    体は六方晶であることを特徴とする請求項29記載の窒
    化物系III−V族化合物半導体成長用基板の製造方
    法。
  32. 【請求項32】 上記層状物質からなる層を分子線エピ
    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29記載の窒化物系III−V族化合物半導体
    成長用基板の製造方法。
  33. 【請求項33】 200℃以上上記層状物質の分解温度
    以下の成長温度で上記層状物質からなる層を成長させる
    ようにしたことを特徴とする請求項29記載の窒化物系
    III−V族化合物半導体成長用基板の製造方法。
  34. 【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29記載の窒化物系III−V
    族化合物半導体成長用基板の製造方法。
  35. 【請求項35】 上記窒化物系III−V族化合物半導
    体の成長温度よりも低い成長温度で上記層状物質からな
    る層上に窒化物系III−V族化合物半導体からなるバ
    ッファ層を成長させた後、このバッファ層上に上記窒化
    物系III−V族化合物半導体を成長させるようにした
    ことを特徴とする請求項29記載の窒化物系III−V
    族化合物半導体成長用基板の製造方法。
  36. 【請求項36】 200℃以上500℃以下の成長温度
    で上記層状物質からなる層上に窒化物系III−V族化
    合物半導体からなるバッファ層を成長させた後、650
    ℃以上900℃以下の成長温度で上記バッファ層上に上
    記窒化物系III−V族化合物半導体を成長させるよう
    にしたことを特徴とする請求項29記載の窒化物系II
    I−V族化合物半導体成長用基板の製造方法。
  37. 【請求項37】 上記窒化物系III−V族化合物半導
    体の成長時の原料の供給は、III族元素の原料の供給
    から開始するようにしたことを特徴とする請求項29記
    載の窒化物系III−V族化合物半導体成長用基板の製
    造方法。
  38. 【請求項38】 上記バッファ層の成長時の原料の供給
    は、III族元素の原料の供給から開始するようにした
    ことを特徴とする請求項35記載の窒化物系III−V
    族化合物半導体成長用基板の製造方法。
  39. 【請求項39】 上記層状物質は遷移金属ダイカルコゲ
    ナイドであることを特徴とする請求項29記載の窒化物
    系III−V族化合物半導体成長用基板の製造方法。
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