JP2002334842A - Method of manufacturing nitride semiconductor device - Google Patents
Method of manufacturing nitride semiconductor deviceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化物半導体装置
の製造方法に関し、詳しくは半導体層を成長させて半導
体レーザ装置を形成する窒化物半導体装置の製造方法に
関する。The present invention relates to a method for manufacturing a nitride semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a nitride semiconductor device in which a semiconductor layer is grown to form a semiconductor laser device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】横方向成長を利用して、欠陥の少ない窒
化物半導体装置を作製できることが最近、示されてい
る。2. Description of the Related Art It has recently been shown that a nitride semiconductor device having few defects can be manufactured by utilizing lateral growth.
【０００３】基板にはサファイア基板を用い、サファイ
ア基板上にＧａＮ層もしくはＡｌＧａＮ層もしくはＡｌ
Ｎ層を成長させてバッファ層を形成する。さらに酸化シ
リコン膜でバッファ層上の所定の領域をマスクして、ア
ンモニア雰囲気中で所定温度、例えば１１００℃まで加
熱した後、その温度に保持した状態で、反応室内にガリ
ウムの原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を５０
μｍｏｌ／ｍｉｎ、シリコンの原料としてモノシラン
（ＳｉＨ4 ）を１．５ｎｍｏｌ／ｍｉｎの流量で供給す
る。また、アンモニア（ＮＨ3 ）を１０Ｌ/ｍｉｎ（標
準状態）の流量で供給する。これにより、酸化シリコン
膜に覆われていない領域の基板のＧａＮ表面上に横方向
成長するＧａＮ：Ｓｉ層をエピタキシャル成長させるこ
とができる。A sapphire substrate is used as a substrate, and a GaN layer, an AlGaN layer, or an AlGaN layer is formed on the sapphire substrate.
A buffer layer is formed by growing an N layer. Further, a predetermined region on the buffer layer is masked with a silicon oxide film, heated to a predetermined temperature, for example, 1100 ° C. in an ammonia atmosphere, and then maintained at that temperature. TMG) 50
Monosilane (SiH 4 ) is supplied at a flow rate of 1.5 nmol / min as a raw material of silicon at μmol / min. Further, ammonia (NH 3 ) is supplied at a flow rate of 10 L / min (standard state). Thus, a GaN: Si layer laterally growing on the GaN surface of the substrate in a region not covered with the silicon oxide film can be epitaxially grown.
【０００４】より具体的に説明すると、図４の（１）に
示すように、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）基板２０
１上に、エピタキシャル成長法によって、窒化ガリウム
層（バッファ層）２１１を成長させる。さらに、図４の
（２）に示すように、化学的気相成長法によって窒化ガ
リウム層２１１上に酸化シリコン膜２２１を形成する。
次いで、図４の（３）に示すように、リソグラフィー技
術とエッチングとにより、所定の領域を覆うように酸化
シリコン膜２２１を加工して酸化シリコンマスク２２２
を形成する。More specifically, as shown in FIG. 4A, an aluminum oxide (Al 2 O 3 ) substrate 20 is formed.
A gallium nitride layer (buffer layer) 211 is grown on the substrate 1 by an epitaxial growth method. Further, as shown in FIG. 4B, a silicon oxide film 221 is formed on the gallium nitride layer 211 by a chemical vapor deposition method.
Next, as shown in FIG. 4C, the silicon oxide film 221 is processed by lithography and etching so as to cover a predetermined region, and the silicon oxide mask 222 is formed.
To form
【０００５】次に、図４の（４）に示すように、ＭＯＣ
ＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ）法
によって、酸化シリコンマスク２２の開口部２２３より
露出している窒化ガリウム層２１１より窒化ガリウム層
２１２を横方向成長させる。そして窒化ガリウム層２１
２ａと窒化ガリウム層２１２ｂとが完全に会合するまで
エピタキシャル成長を継続する。そして、図４の（５）
に示すように、窒化ガリウム層２１２ａと窒化ガリウム
層２１２ｂとが完全に会合して、酸化シリコンマスク２
２２上に窒化ガリウム層２１２が形成される。その後、
図４の（６）に示すように、窒化ガリウム層２１２上に
窒化物半導体層を積層して、比較的欠陥密度が少ない酸
化シリコンマスク２２２上の低欠陥密度領域に半導体レ
ーザ装置２３１を形成する。[0005] Next, as shown in FIG.
The gallium nitride layer 212 is laterally grown from the gallium nitride layer 211 exposed from the opening 223 of the silicon oxide mask 22 by VD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition). And the gallium nitride layer 21
Epitaxial growth is continued until 2a and gallium nitride layer 212b are completely associated. And (5) in FIG.
As shown in FIG. 5, the gallium nitride layer 212a and the gallium nitride layer 212b are completely associated with each other,
Gallium nitride layer 212 is formed on 22. afterwards,
As shown in FIG. 4 (6), a nitride semiconductor layer is stacked on the gallium nitride layer 212, and a semiconductor laser device 231 is formed in a low defect density region on a silicon oxide mask 222 having a relatively low defect density. .
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、複数箇
所より横方向成長させて窒化ガリウム層を形成する場
合、成長する窒化ガリウム層同士の会合部は原子レベル
できれいに接合せず、結晶欠陥を生じる。また、応力に
より窒化ガリウム層の結晶軸が会合の左右でずれるとい
った問題、表面があれるといった問題が発生しやすい。
したがって、このような会合を有する結晶成長層上にデ
バイス（例えば半導体レーザ装置）を作製しても、良好
な素子特性（例えば発光特性）を得ることは難しい。However, when the gallium nitride layer is formed by laterally growing from a plurality of locations, the junction between the growing gallium nitride layers does not join cleanly at the atomic level, and crystal defects occur. Further, a problem that the crystal axis of the gallium nitride layer is shifted on the right and left sides of the association due to the stress and a problem that the surface is roughened easily occur.
Therefore, even if a device (for example, a semiconductor laser device) is manufactured on the crystal growth layer having such an association, it is difficult to obtain good element characteristics (for example, light emission characteristics).
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされた窒化物半導体装置の製造方法であ
る。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is a method for manufacturing a nitride semiconductor device which has been made to solve the above problems.
【０００８】本発明の窒化物半導体装置の製造方法は、
基板に形成した第１の半導体層上に複数の開口部を設け
たマスク層を形成する工程と、前記複数の開口部より露
出している前記第１の半導体層表面より、前記第１の半
導体層表面に沿った方向に第２の半導体層を横方向成長
させる工程とを備えた半導体装置の製造方法において、
前記第２の半導体層は、隣接して成長する第２の半導体
層と会合する直前で成長を停止することを特徴としてい
る。さらに、前記第２の半導体層のなかで欠陥の少ない
領域に半導体レーザ装置を作製することを特徴としてい
る。The method for manufacturing a nitride semiconductor device according to the present invention comprises:
Forming a mask layer provided with a plurality of openings on a first semiconductor layer formed on a substrate; and forming the first semiconductor from a surface of the first semiconductor layer exposed from the plurality of openings. Growing the second semiconductor layer laterally in a direction along the layer surface.
The second semiconductor layer is characterized in that the growth is stopped immediately before the second semiconductor layer is associated with the second semiconductor layer growing adjacently. Further, the present invention is characterized in that a semiconductor laser device is manufactured in a region having few defects in the second semiconductor layer.
【０００９】上記窒化物半導体装置の製造方法では、第
２の半導体層は、隣接して成長する第２の半導体層と会
合する直前で成長を停止することから、従来のように横
方向成長した部分が会合することがないので、第２の半
導体層同士の接合部を有しない。そのため、従来のよう
な接合部における欠陥の発生はなくなる。したがって、
第２の半導体層は、少なくともその成長端側が結晶欠陥
の少ない成長層となる。また、接合部がないので、接合
により発生する応力によって、第２の半導体層の結晶軸
が会合の左右でずれるといった問題、表面があれるとい
った問題の発生もなくなる。したがって、上記第２の半
導体層における欠陥の少ない例えば成長端側にデバイス
（例えば半導体レーザ装置）を作製した場合には、良好
な素子特性（例えば発光特性）を得ることが可能にな
る。In the above-described method for manufacturing a nitride semiconductor device, the growth of the second semiconductor layer is stopped immediately before the second semiconductor layer is brought into contact with the second semiconductor layer which is grown adjacently. Since the portions do not associate with each other, the second semiconductor layer does not have a junction. Therefore, the occurrence of a defect in the joint portion unlike the related art is eliminated. Therefore,
At least the growth end of the second semiconductor layer is a growth layer with few crystal defects. In addition, since there is no bonding portion, the problem that the crystal axis of the second semiconductor layer is shifted on the right and left sides of the association and the problem that the surface is opened due to the stress generated by the bonding are eliminated. Therefore, when a device (for example, a semiconductor laser device) is formed on the second semiconductor layer with few defects, for example, on the growth end side, good element characteristics (for example, light emission characteristics) can be obtained.
【００１０】[0010]
【発明の実施の形態】本発明の窒化物半導体装置の製造
方法に係る実施の形態を、図１の製造工程断面図によっ
て説明する。また、上記製造方法を実現させるに好適な
製造装置の一例を図３の概略構成図によって説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a method for manufacturing a nitride semiconductor device according to the present invention will be described with reference to a cross-sectional view of a manufacturing process shown in FIG. Further, an example of a manufacturing apparatus suitable for realizing the above-described manufacturing method will be described with reference to a schematic configuration diagram of FIG.
【００１１】まず、図３によって、本発明の実施の形態
を実現する製造装置の一例を説明する。図３に示す製造
装置は、有機金属気相成長（以下ＭＯＣＶＤと略記す
る、ＭＯＣＶＤはMetal Organic Chemical Vapor Depos
ition の略）装置１０１である。ＭＯＣＶＤ装置１０１
は、ＭＯＣＶＤを行う反応室１１１を備え、この反応室
１１１の内部には被加工基板２０１を載置するサセプタ
１１２が設置されている。反応室１１１内のサセプタ１
１２上には基板２０１、例えば窒化ガリウムまたはｃ−
Ａｌ2 Ｏ3 上に窒化物半導体層を積層した基板が置かれ
る。この反応室１１１には反応管ライン１２１が接続さ
れている。First, an example of a manufacturing apparatus for realizing the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The manufacturing apparatus shown in FIG. 3 uses a metal organic chemical vapor deposition (hereinafter abbreviated as MOCVD).
device 101. MOCVD apparatus 101
Has a reaction chamber 111 for performing MOCVD, and a susceptor 112 on which a substrate 201 to be processed is placed is installed inside the reaction chamber 111. Susceptor 1 in reaction chamber 111
12, a substrate 201, for example, gallium nitride or c-
A substrate having a nitride semiconductor layer laminated on Al 2 O 3 is placed. A reaction tube line 121 is connected to the reaction chamber 111.
【００１２】またアンモニア源１２２と水素源１２３と
が設けられている。アンモニア源１２２はマスフローコ
ントローラー１２４、バルブ１２５を介して上記反応管
ライン１２１に接続され、また上記マスフローコントロ
ーラー１２４よりバルブ１２６、ベントライン１４１を
介して除害装置１５１に接続されている。また、上記水
素源１２３は水素純化装置１２７を経てマスフローコン
トローラー１２８、１２９、１３０、１３１に分岐され
ている。Further, an ammonia source 122 and a hydrogen source 123 are provided. The ammonia source 122 is connected to the reaction tube line 121 via a mass flow controller 124 and a valve 125, and is connected to the abatement apparatus 151 via a valve 126 and a vent line 141 from the mass flow controller 124. The hydrogen source 123 is branched to mass flow controllers 128, 129, 130, and 131 via a hydrogen purifier 127.
【００１３】マスフローコントローラー１２８は、ベン
トライン１４１を介して上記除害装置１５１に接続され
ている。マスフローコントローラー１２９は直接上記反
応管ライン１２１に接続されている。マスフローコント
ローラー１３０は、バブラ１３２、バルブ１３３を介し
て上記反応管ライン１２１に接続され、また上記バブラ
１３２よりバルブ１３４、上記ベントライン１４１を介
して上記除害装置１５１に接続されている。マスフロー
コントローラー１３１は、バブラ１３５、バルブ１３６
を介して上記反応管ライン１２１に接続され、また上記
バブラ１３５よりバルブ１３７、上記ベントライン１４
１を介して上記除害装置１５１に接続されている。The mass flow controller 128 is connected to the abatement apparatus 151 via a vent line 141. The mass flow controller 129 is directly connected to the reaction tube line 121. The mass flow controller 130 is connected to the reaction tube line 121 via a bubbler 132 and a valve 133. The mass flow controller 130 is connected to the abatement apparatus 151 via the valve 134 and the vent line 141 from the bubbler 132. The mass flow controller 131 includes a bubbler 135 and a valve 136.
The valve 137 and the vent line 14 are connected to the reaction tube line 121 through the bubbler 135.
1 and connected to the abatement apparatus 151.
【００１４】さらに、上記反応室１１１は、上記ベント
ライン１４１を介して上記除害装置１５１に直接接続さ
れている。Further, the reaction chamber 111 is directly connected to the abatement apparatus 151 via the vent line 141.
【００１５】ＭＯＣＶＤ装置１０１では、水素純化装置
１２７により高純度化された水素ガスがキャリアガスと
してバブラ１３２、１３５内に供給される。いま、窒化
ガリウム：シリコンの成長を行うとする。上記バブラ１
３２、１３５内には、それぞれ、例えばガリウム原料と
してトリメチルガリウム［ＴＭＧ：Ｇａ（Ｃ
Ｈ3 ）3］、シリコン原料としてテトラエチルシランが
入れられている。これらのバブラ１３２、１３５内に水
素ガスが供給されることにより、これらのバブラ１３
２、１３５のそれぞれから、その蒸気圧分の原料ガスが
キャリアガスとしての水素ガスとともに、反応管ライン
１２１を通って反応室１１１内に供給される。In the MOCVD apparatus 101, hydrogen gas highly purified by the hydrogen purifying apparatus 127 is supplied into the bubblers 132 and 135 as a carrier gas. Now, it is assumed that gallium nitride: silicon is grown. Bubbler 1 above
32, 135, for example, trimethylgallium [TMG: Ga (C
H 3 ) 3 ], and tetraethylsilane is contained as a silicon raw material. By supplying hydrogen gas into these bubblers 132 and 135, these bubblers 13
From each of 2 and 135, a raw material gas corresponding to the vapor pressure is supplied into the reaction chamber 111 through the reaction tube line 121 together with hydrogen gas as a carrier gas.
【００１６】窒素原料としてはアンモニア（ＮＨ3 ）を
用いる。アンモニアはアンモニア源１２２よりマスフロ
ーコントローラー１２４に供給され、このマスフローコ
ントローラー１２４により流量が制御される。そして、
バルブ１２５、バルブ１２６により反応管ライン１２１
またはベントライン１４１への導入の切り換えを行う。Ammonia (NH 3 ) is used as a nitrogen source. Ammonia is supplied from an ammonia source 122 to a mass flow controller 124, and the flow rate is controlled by the mass flow controller 124. And
A reaction tube line 121 is provided by a valve 125 and a valve 126.
Alternatively, the introduction to the vent line 141 is switched.
【００１７】また、バブラ１３５から発生される原料ガ
スの反応管ライン１２１とベントライン１４１との間の
切り換えはバルブ１３６、１３７の開閉により行うこと
ができる。バブラ１３２から発生される原料ガスの反応
管ライン１２１とベントライン１４１との間の切り換え
はバルブ１３３、１３４の開閉により行うことができ
る。なお、マスフローコントローラー１２８〜１３１に
よって、水素純化装置１２７から供給される水素ガスの
流量制御を行う。The switching between the reaction tube line 121 and the vent line 141 for the source gas generated from the bubbler 135 can be performed by opening and closing the valves 136 and 137. Switching of the source gas generated from the bubbler 132 between the reaction tube line 121 and the vent line 141 can be performed by opening and closing the valves 133 and 134. The mass flow controllers 128 to 131 control the flow rate of the hydrogen gas supplied from the hydrogen purifier 127.
【００１８】上記ＭＯＣＶＤ装置を用いて基板の基板面
に沿った方向、すなわち横方向に窒化ガリウム層を成長
させるためには、まず、基板の窒化ガリウム（ＧａＮ）
層の表面に酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）膜を形成し、リソ
グラフィー技術とエッチングによって、上記窒化ガリウ
ム層の＜１１−００＞方向や＜１１２−０＞方向に上記
酸化シリコン膜のパターンを作製する。この酸化シリコ
ンパターンをマスクにして、窒化ガリウムの再成長を行
う。そして、酸化シリコンパターン上を横方向成長した
窒化ガリウム層の低欠陥部分を利用して、そこにデバイ
スを作り込む。一例として、上記酸化シリコンパターン
は、例えば長さが１２μｍであり、厚さが０．２μｍで
あり、１５μｍ周期で作製する。In order to grow a gallium nitride layer in the direction along the substrate surface of the substrate, that is, in the lateral direction using the MOCVD apparatus, first, gallium nitride (GaN)
A silicon oxide (SiO 2 ) film is formed on the surface of the layer, and a pattern of the silicon oxide film is formed in the <11-00> direction or the <112-0> direction of the gallium nitride layer by lithography and etching. Gallium nitride is regrown using this silicon oxide pattern as a mask. Then, a device is formed using a low defect portion of the gallium nitride layer laterally grown on the silicon oxide pattern. As an example, the silicon oxide pattern has a length of, for example, 12 μm, a thickness of 0.2 μm, and is manufactured at a period of 15 μm.
【００１９】また、本例では示さないが、ホウ素を導入
する場合には、例えばトリエチルボロン、アルミニウム
ではトリメチルアルミニウム、インジウムではトリメチ
ルインジウムを原料として用い、上記ガリウムの場合と
同様の装置構成とすることで、ＢＡｌＧａＩｎＮ系の化
合物を作製できる。Although not shown in this example, when boron is introduced, for example, triethylboron, trimethylaluminum for aluminum, and trimethylindium for indium are used as raw materials, and the same apparatus configuration as in the case of gallium is used. Thus, a BAlGaInN-based compound can be produced.
【００２０】次に、本発明の窒化物半導体装置の製造方
法に係る実施の形態を、図１の製造工程断面図によって
説明する。一例として、酸化アルミニウム（Ａｌ
2 Ｏ3 ）基板（例えばサファイア基板）を用いた半導体
レーザ装置を作製する場合を、以下に説明する。Next, an embodiment of a method for manufacturing a nitride semiconductor device according to the present invention will be described with reference to a cross-sectional view of a manufacturing process shown in FIG. As an example, aluminum oxide (Al
A case of manufacturing a semiconductor laser device using a 2 O 3 ) substrate (for example, a sapphire substrate) will be described below.
【００２１】図１の（１）に示すように、酸化アルミニ
ウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）からなる基板１０上に、エピタキシ
ャル成長法によって、窒化ガリウム層１１を成長させて
第１の半導体層を形成する。例えば、ＭＯＣＶＤ装置の
反応室内に、室温でアンモニア（ＮＨ3 ）を１０Ｌ／ｍ
ｉｎ（標準状態）の流量で導入した後、基板温度を１０
００℃まで上昇させて１０００℃に保持し、この状態で
トリメチルガリウム（ＴＭＧ）を３０μｍｏｌ／ｍｉ
ｎ、テトラエチルシランを１．５ｎｍｏｌ／ｍｉｎの流
量で供給する。このときのキャリアガスには水素を用い
１０Ｌ／ｍｉｎ（標準状態）の流量で流す。そして、窒
化ガリウム：シリコン（ＧａＮ：Ｓｉ）を例えば４μｍ
の厚さに堆積してｎ型の窒化ガリウム層１１を形成す
る。上記テトラエチルシランの代わりにモノシラン（Ｓ
ｉＨ4 ）もしくはジシラン（Ｓｉ2 Ｈ 6 ）を用いること
も可能である。As shown in FIG. 1A, aluminum oxide
Um (AlTwoOThree) On the substrate 10 made of
Gallium nitride layer 11 is grown by
A first semiconductor layer is formed. For example, for MOCVD equipment
At room temperature, ammonia (NHThree) At 10 L / m
After the substrate was introduced at a flow rate of
Raise to 00 ° C and hold at 1000 ° C.
30 μmol / mi of trimethylgallium (TMG)
n, tetraethylsilane at a flow rate of 1.5 nmol / min
Supply in quantity. At this time, hydrogen was used as the carrier gas.
Flow at a flow rate of 10 L / min (standard state). And
Gallium arsenide: silicon (GaN: Si), for example, 4 μm
To form an n-type gallium nitride layer 11
You. Monosilane (S) instead of tetraethylsilane
iHFour) Or disilane (SiTwoH 6)
Is also possible.
【００２２】さらに、図１の（２）に示すように、化学
的気相成長法によって窒化ガリウム層１１上に酸化シリ
コン膜２１を形成する。次いで、図１の（３）に示すよ
うに、リソグラフィー技術とエッチングとにより、所定
の領域を覆うように上記酸化シリコン膜２１を加工して
マスク層２２を形成する。このマスク層２２には窒化ガ
リウム層１１表面より結晶成長させるための開口部２３
が形成される。Further, as shown in FIG. 1B, a silicon oxide film 21 is formed on the gallium nitride layer 11 by a chemical vapor deposition method. Next, as shown in FIG. 1C, the silicon oxide film 21 is processed to form a mask layer 22 by lithography and etching so as to cover a predetermined region. The mask layer 22 has openings 23 for growing crystals from the surface of the gallium nitride layer 11.
Is formed.
【００２３】次に、図１の（４）に示すように、ＭＯＣ
ＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ）法
によって、上記マスク層２２を用いてマスク層２２の開
口部２３にして露出している窒化ガリウム層１１より窒
化ガリウム層１２からなる第２の半導体層を横方向成長
させる。この成長条件としては、室温状態（例えば２３
℃）で水素（流量：１０Ｌ／ｍｉｎ（標準状態））とア
ンモニア（流量：１０Ｌ／ｍｉｎ（標準状態））を供給
するとともに１０００℃まで昇温する。その後、ＴＭＧ
（流量：２０μｍｏｌ／ｍｉｎ）とテトラエチルシラン
（流量：１ｎｍｏｌ／ｍｉｎ）を、水素ガスをキャリア
ガスに用いて供給する。なお、上記テトラエチルシラン
の代わりにモノシランもしくはジシランを用いることも
可能である。そして窒化ガリウム層１２（１２a）と窒
化ガリウム層１２（１２ｂ）とが会合する直前までエピ
タキシャル成長を継続する。その結果、図１の（５）に
示すように、酸化シリコン膜２１上に窒化ガリウム層１
２（１２a）、１２（１２ｂ）を互いに会合しないよう
に形成する。上記開口部２３上に成長した上記窒化ガリ
ウム層１２（１２a）、１２（１２ｂ）は高欠陥密度領
域となっている。Next, as shown in FIG.
The VD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method is used to laterally move the second semiconductor layer made of the gallium nitride layer 12 from the gallium nitride layer 11 exposed through the opening 23 of the mask layer 22 using the mask layer 22. Let it grow. The growth conditions include a room temperature condition (for example, 23
° C), supply hydrogen (flow rate: 10 L / min (standard state)) and ammonia (flow rate: 10 L / min (standard state)) and raise the temperature to 1000 ° C. Then, TMG
(Flow rate: 20 μmol / min) and tetraethylsilane (flow rate: 1 nmol / min) are supplied using hydrogen gas as a carrier gas. In addition, it is also possible to use monosilane or disilane instead of the above-mentioned tetraethylsilane. Then, the epitaxial growth is continued until just before the gallium nitride layer 12 (12a) and the gallium nitride layer 12 (12b) meet. As a result, the gallium nitride layer 1 is formed on the silicon oxide film 21 as shown in FIG.
2 (12a) and 12 (12b) are formed so as not to associate with each other. The gallium nitride layers 12 (12a) and 12 (12b) grown on the openings 23 are high defect density regions.
【００２４】その後、図１の（６）に示すように、窒化
ガリウム層１２a、１２ｂ上に窒化物半導体層を積層し
て、高欠陥密度領域を避けて、酸化シリコンからなるマ
スク層２２上の低欠陥密度領域に半導体レーザ装置３１
（３１a）、３１（３１ｂ）を形成する。これにより、
結晶学的に優れた場所でデバイスを作製でき、優れた特
性の素子が得られる。Thereafter, as shown in FIG. 1 (6), a nitride semiconductor layer is laminated on the gallium nitride layers 12a and 12b, and the silicon oxide layer is formed on the mask layer 22 made of silicon oxide while avoiding a high defect density region. Semiconductor laser device 31 in low defect density region
(31a) and 31 (31b) are formed. This allows
A device can be manufactured in a place excellent in crystallography, and an element having excellent characteristics can be obtained.
【００２５】次に、上記半導体レーザ装置の製造方法の
一例を以下に説明する。例えば、ＭＯＣＶＤ装置の反応
室内に、室温でアンモニア（ＮＨ3 ）を１０Ｌ/ｍｉｎ
（標準状態）の流量で導入した後、基板温度を１０００
℃まで上昇させて１０００℃に保持し、この状態でトリ
メチルガリウム（ＴＭＧ）を３０μｍｏｌ／ｍｉｎ、モ
ノシラン（ＳｉＨ4 ）を１．５ｎｍｏｌ／ｍｉｎの流量
で供給するとともに、トリメチルアルミニウム（ＴＭ
Ａ）を３μｍｏｌ／ｍｉｎの流量で供給する。このとき
のキャリアガスには水素を用い１０Ｌ/ｍｉｎ（標準状
態）の流量で流す。それによって、上記窒化ガリウム層
１２上にｎ型の窒化ガリウムアルミニウム（ＡｌＧａ
Ｎ：Ｓｉ）を例えば１μｍの厚さに堆積してｎ型のクラ
ッド層を形成する。Next, an example of a method for manufacturing the semiconductor laser device will be described below. For example, ammonia (NH 3 ) is introduced into a reaction chamber of a MOCVD apparatus at room temperature at a rate of 10 L / min.
After the introduction at a flow rate of (standard state), the substrate temperature is set to 1000
C. and maintained at 1000 ° C., and in this state, trimethylgallium (TMG) was supplied at a flow rate of 30 μmol / min, monosilane (SiH 4 ) was supplied at a flow rate of 1.5 nmol / min, and trimethylaluminum (TM) was supplied.
A) is supplied at a flow rate of 3 μmol / min. At this time, hydrogen is used as a carrier gas at a flow rate of 10 L / min (standard state). As a result, an n-type gallium aluminum nitride (AlGa
N: Si) is deposited to a thickness of, for example, 1 μm to form an n-type cladding layer.
【００２６】その後、ＴＭＡの供給を停止し、窒化ガリ
ウム：シリコン（ＧａＮ：Ｓｉ）を例えば１５０ｎｍの
厚さに堆積して、ｎ型の光ガイド層を形成する。Thereafter, the supply of TMA is stopped, and gallium nitride: silicon (GaN: Si) is deposited to a thickness of, for example, 150 nm to form an n-type light guide layer.
【００２７】次いで基板温度を８００℃に低下させ、シ
リコンの供給を止め、ＴＭＧはそのままの状態でトリメ
チルインジウム（ＴＭＩ）を３０μｍｏｌ／ｍｉｎの流
量で供給し、活性層を例えば５ｎｍの厚さに形成する。Next, the substrate temperature is lowered to 800 ° C., the supply of silicon is stopped, and trimethylindium (TMI) is supplied at a flow rate of 30 μmol / min while TMG is left as it is to form an active layer to a thickness of, for example, 5 nm. I do.
【００２８】続いて、ＴＭＩの供給を止め、シクロペン
タジエニルマグネシウムを０．５μｍｏｌ／ｍｉｎの流
量で供給し、ｐ型の光ガイド層としてＧａＮ：Ｍｇを例
えば０．１μｍの厚さに堆積する。Subsequently, the supply of TMI is stopped, cyclopentadienyl magnesium is supplied at a flow rate of 0.5 μmol / min, and GaN: Mg is deposited as a p-type optical guide layer to a thickness of, for example, 0.1 μm. .
【００２９】さらにｐ型の光ガイド層上に、ＡｌＧａ
Ｎ：Ｍｇ層からなるｐ型のクラッド層１６、ＧａＮ：Ｍ
ｇ層からなるｐ型のコンタクト層１７を順次積層する。
例えば、基板温度を１０００℃とし、そしてトリメチル
アルミニウム（ＴＭＡ）を３μｍｏｌ／ｍｉｎの流量で
供給し、例えばｐ型の窒化ガリウムアルミニウム（Ａｌ
ＧａＮ）を０．５μｍの厚さに堆積して上記ｐ型のクラ
ッド層を形成する。最後にＴＭＡの供給を停止し、Ｇａ
Ｎ：Ｍｇ層を例えば０．１μｍの厚さに堆積して上記ｐ
型のコンタクト層を形成する。このようにしてデバイス
構造が完成する。Further, AlGa is formed on the p-type light guide layer.
N: p-type cladding layer 16 made of Mg layer, GaN: M
A p-type contact layer 17 composed of g layers is sequentially laminated.
For example, the substrate temperature is set to 1000 ° C., and trimethyl aluminum (TMA) is supplied at a flow rate of 3 μmol / min, for example, p-type gallium aluminum nitride (Al
GaN) is deposited to a thickness of 0.5 μm to form the p-type cladding layer. Finally, the supply of TMA is stopped and Ga
An N: Mg layer is deposited to a thickness of, for example, 0.1 μm and
A mold contact layer is formed. Thus, the device structure is completed.
【００３０】次に、窒化ガリウム層を横方向成長させた
場合に、隣接する窒化ガリウム成長層同士を会合させた
場合と会合させない場合におけるＧａＮ：ＳｉのＸ線回
折測定結果を図２によって説明する。図２では縦軸にＸ
線回折測定における半値全幅を示し、横軸に会合の有無
を示す。Next, the results of X-ray diffraction measurement of GaN: Si when the gallium nitride layer is laterally grown, when the adjacent gallium nitride growth layers are associated with each other, and when the gallium nitride layers are not associated with each other will be described with reference to FIG. . In FIG. 2, the vertical axis represents X
The full width at half maximum in the line diffraction measurement is shown, and the presence or absence of association is shown on the horizontal axis.
【００３１】図２に示すように、会合する場合は、成長
時間が２時間とし、会合しない場合は成長時間を１.５
時間とした。その結果、結晶軸のずれが少ない分、Ｘ線
の半値全幅は会合しない場合のほうが少ないことがわか
る。これは、結晶学的な結晶性の良さを示している。As shown in FIG. 2, when meeting, the growth time is 2 hours, and when not meeting, the growth time is 1.5.
Time. As a result, it can be seen that the full width at half maximum of X-rays is smaller in the case where no association is made because the shift of the crystal axis is small. This indicates good crystallographic crystallinity.
【００３２】上記実施の形態によれば、横方向成長させ
た窒化ガリウム層１２は、隣接して成長する窒化ガリウ
ム層１２a、１２ｂとが会合する直前で成長を停止する
ことから、従来のように横方向成長した部分が会合する
ことがないので、窒化ガリウム層１２a、１２ｂ同士の
接合部を有しない。そのため、従来のような接合部にお
ける欠陥の発生はなくなる。したがって、窒化ガリウム
層１２は、少なくともその成長端側が結晶欠陥の少ない
成長層となる。また、接合部がないので、接合により発
生する応力によって、窒化ガリウム層１２の結晶軸が会
合の左右でずれるといった問題、表面があれるといった
問題の発生もなくなる。したがって、上記窒化ガリウム
層１２における欠陥の少ない例えば成長端側にデバイス
（例えば半導体レーザ装置）を作製した場合には、良好
な素子特性（例えば発光特性）を得ることが可能にな
る。According to the above embodiment, the growth of the gallium nitride layer 12 grown laterally is stopped immediately before the adjacent growth of the gallium nitride layers 12a and 12b is associated with each other. Since the portions grown in the lateral direction do not associate with each other, there is no junction between the gallium nitride layers 12a and 12b. Therefore, the occurrence of a defect in the joint portion unlike the related art is eliminated. Therefore, the gallium nitride layer 12 becomes a growth layer with few crystal defects at least on the growth end side. In addition, since there is no joint portion, the problem that the crystal axis of the gallium nitride layer 12 is shifted between the right and left sides of the association and the problem that the surface is opened due to the stress generated by the joining are eliminated. Therefore, in the case where a device (for example, a semiconductor laser device) is formed on the gallium nitride layer 12 with few defects, for example, on the growth end side, good element characteristics (for example, emission characteristics) can be obtained.
【００３３】[0033]
【発明の効果】以上、説明したように本発明の窒化物半
導体装置の製造方法によれば、第２の半導体層は、隣接
して成長する第２の半導体層と会合する直前で成長を停
止するので、第２の半導体層同士の接合部を有しない。
そのため、少なくとも第２の半導体層の成長端側に、結
晶欠陥が少なくかつ結晶軸のずれが少ない結晶層を形成
することができる。したがって、上記第２の半導体層に
おける結晶欠陥の少ない例えば成長端側にデバイス（例
えば半導体レーザ装置）を作製した場合には、良好な素
子特性（例えば発光特性）を得ることが可能になる。As described above, according to the method for manufacturing a nitride semiconductor device of the present invention, the growth of the second semiconductor layer is stopped immediately before the second semiconductor layer is associated with the second semiconductor layer grown adjacently. Therefore, there is no junction between the second semiconductor layers.
Therefore, a crystal layer with few crystal defects and little shift of the crystal axis can be formed at least on the growth end side of the second semiconductor layer. Therefore, in the case where a device (for example, a semiconductor laser device) is formed on the second semiconductor layer, for example, on the growth end side where there are few crystal defects, good element characteristics (for example, emission characteristics) can be obtained.
【図１】本発明の窒化物半導体装置の製造方法に係る実
施の形態を示す製造工程断面図である。FIG. 1 is a manufacturing process sectional view showing an embodiment according to a method for manufacturing a nitride semiconductor device of the present invention.
【図２】ＧａＮ：ＳｉのＸ線回折測定結果を示す図であ
る。FIG. 2 is a diagram showing an X-ray diffraction measurement result of GaN: Si.
【図３】本発明の実施の形態を実現するＭＯＣＶＤ装置
の概略構成図である。FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a MOCVD apparatus that realizes an embodiment of the present invention.
【図４】従来の窒化物半導体装置の製造方法を示す製造
工程断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a manufacturing process showing a conventional method for manufacturing a nitride semiconductor device.
１０…基板、１１…窒化ガリウム層（第１の半導体
層）、１２…窒化ガリウム層（第２の半導体層）、２２
…マスク層、２３…開口部10: substrate, 11: gallium nitride layer (first semiconductor layer), 12: gallium nitride layer (second semiconductor layer), 22
... Mask layer, 23 ... Opening
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F045 AA04 AB14 AB17 AC01 AC08 AC12 AC19 AD14 AF04 AF09 CA12 DA67 DB02 5F073 CA07 CB02 CB05 DA05 DA07 EA29 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 5F045 AA04 AB14 AB17 AC01 AC08 AC12 AC19 AD14 AF04 AF09 CA12 DA67 DB02 5F073 CA07 CB02 CB05 DA05 DA07 EA29
Claims (3)
の開口部を設けたマスク層を形成する工程と、 前記複数の開口部より露出している前記第１の半導体層
表面より、前記第１の半導体層表面に沿った方向に第２
の半導体層を横方向成長させる工程とを備えた半導体装
置の製造方法において、 前記第２の半導体層は、隣接して成長する第２の半導体
層と会合する直前で成長を停止することを特徴とする窒
化物半導体装置の製造方法。A step of forming a mask layer having a plurality of openings on a first semiconductor layer formed on a substrate; and a step of forming a mask layer having a plurality of openings on the surface of the first semiconductor layer exposed from the plurality of openings. The second along the surface of the first semiconductor layer
Forming a semiconductor layer in the lateral direction, wherein the growth of the second semiconductor layer is stopped immediately before the second semiconductor layer is associated with the second semiconductor layer growing adjacently. Of manufacturing a nitride semiconductor device.
レーザ装置を作製することを特徴とする請求項１記載の
窒化物半導体装置の製造方法。2. The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein after forming the second semiconductor layer, a semiconductor laser device is manufactured in a region having few defects in the second semiconductor layer. Manufacturing method.
導体層における前記第２の半導体層が成長を始めた領域
上を除く前記第２の半導体層の成長端側に形成されるこ
とを特徴とする請求項２記載の窒化物半導体装置の製造
方法。3. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the semiconductor laser device is formed on a growth end side of the second semiconductor layer except on a region where the second semiconductor layer has started to grow in the first semiconductor layer. 3. The method for manufacturing a nitride semiconductor device according to claim 2, wherein
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