JP2004363251A

JP2004363251A - Group iii-v compound semiconductor and its manufacturing method

Info

Publication number: JP2004363251A
Application number: JP2003158396A
Authority: JP
Inventors: Kazumasa Hiramatsu; 和政平松; Hideto Miyake; 秀人三宅; Yasushi Iechika; 泰家近; Naoyoshi Maeda; 尚良前田; Yoshihiko Tsuchida; 良彦土田
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 2003-06-03
Filing date: 2003-06-03
Publication date: 2004-12-24
Anticipated expiration: 2023-06-03
Also published as: JP4199599B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To further reduce the defect density on the surface of a group III-V compound semiconductor crystal layer as compared with a prior art. <P>SOLUTION: When the group III-V compound semiconductor crystal layer represented by general formula In<SB>x</SB>Ga<SB>y</SB>Al<SB>z</SB>N (wherein x+y+z=1, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤z≤1) is manufactured, after dispersing and forming a plurality of projection-like group III-V compound semiconductors, the group III-V compound semiconductor is laterally grown with the plurality of the group III-V compound semiconductors as seed crystals, and a flat crystal surface of the group III-V compound semiconductor is formed. The terminating position of a dislocation on the surface of the laterally grown group III-V compound semiconductor layer has a tendency converged on a corresponding region at a top of each projection-like part. Thus, the defect density on the surface of the laterally grown group III-V compound semiconductor can be further reduced as compared with the prior art. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【特許文献１】
特開２００２−１７０７７８号公報
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化ガリウム（ＧａＮ）系３−５族化合物半導体及びその製造方法に関するものである。
【０００３】
【従来の技術】
一般式Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_ｚＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表されるＧａＮ系３−５族化合物半導体は、３族元素の組成を変えることにより直接型のバンドギャップエネルギーを調整して、紫外から赤色の波長の光エネルギーに対応させることができるため、紫外から可視領域にわたる高効率の発光素子用材料として利用可能である。また、これまで一般に用いられているＳｉあるいはＧａＡｓなどの半導体に比べて大きなバンドギャップを持つため、従来の半導体では動作できないような高温においても半導体としての特性を有することを利用して、耐環境性に優れた電子素子の作製が原理的に可能である。
【０００４】
しかし、上述したＧａＮ系３−５族化合物半導体は、融点付近での蒸気圧が非常に高いため、大きな結晶を成長することが非常に難しく、半導体素子作製のための基板として用いることができるような実用的な大きさの結晶が得られていない。このため、該化合物半導体の作製には、サファイア、ＳｉＣ等、該化合物半導体と類似の結晶構造を有し、大きな結晶が作製可能な材料を基板として、この上に所要の単結晶薄膜層をエピタキシャル成長させるのが一般的である。現在、このような方法を用いることによって、比較的良質な該化合物半導体の結晶が得られるようになっているが、この場合でも、基板材料と該化合物半導体の格子定数、あるいは熱膨張係数の差に由来する結晶欠陥を低減することが難しく、１０^８ｃｍ^−２程度、あるいはそれ以上の欠陥密度を有するのが一般的である。
【０００５】
この問題を解決するため、従来においては、欠陥密度が高い化合物半導体（以下、下地結晶と称することがある）上を微細な開口部を残してＳｉＯ_２などのマスクパターンで覆い、この上に結晶成長を行うことにより結晶欠陥の少ない所要の化合物半導体を成長させるようにした、所謂選択横方向成長（ＥＬＯ）によって転位密度の低減を図ろうとする方法（特許文献１）、サファイア等の基板上にストライブ状にマスクを形成し、基板表面をマスク間に形成される微細開口から覗かせるようにした状態で結晶を成長させるようにした方法、あるいは、サファイア基板上に形成された欠陥密度の高い化合物半導体層を部分的にエッチングした後、その上に所要の化合物半導体を再成長させるようにした方法等が公知である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術のうち、選択横方向成長による方法は、パターンによって形成された開口部に選択成長した結晶がパターン上にも広がり、パターンの埋め込みが生じた直後は再成長による結晶表面には凹凸が残るものの、さらに結晶成長を進めることでやがて再成長表面の凹凸が小さくなり、最終的には欠陥密度の低い平坦な結晶表面を得ることができるというものである。
【０００７】
例えば、特許文献１には、この問題を解決する方法として、該化合物半導体をパターン上に空隙を有するように成長し、このパターンの開口部より成長した成長層中の貫通転位がこの空隙により終端されるようにし、これにより低転位密度化を図る方法が開示されている。
【０００８】
しかしながら、この提案された方法によっても、窓部の中央における転位を完全に終端させるのは難しい。このため、パターンによる窓部の上方にその長手方向に沿って転位欠陥が点在することとなり、結晶欠陥の低減化が未だ充分でない。
【０００９】
本発明は、従来技術における上述の問題点を解決することができる３−５族化合物半導体とその製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、このような状況に鑑み鋭意検討を行った結果、離散した突起部を有する所要の３−５族化合物半導体を基板上に設け、この突起部を種結晶として該３−５族化合物半導体を横方向成長させることにより結晶欠陥を低減しうることのみならず平坦な結晶表面を形成できることを見い出し、これに基づいて本発明をなすに至ったものである。
【００１１】
請求項１の発明によれば、一般式Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_ｚＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表される３−５族化合物半導体結晶層を有する３−５族化合物半導体において、前記３−５族化合物半導体結晶層が、離散した突起状部を有する第１の３−５族化合物半導体層と、前記突起状部を種結晶として前記第１の３−５族化合物半導体層の上に横方向成長した結晶層である第２の３−５族化合物半導体層とを有することを特徴とする３−５族化合物半導体が提案される。
【００１２】
請求項２の発明によれば、一般式Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_ｚＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表される３−５族化合物半導体を製造する方法において、複数の突起状３−５族化合物半導体を離散させて形成する第１の工程と、前記複数の突起状３−５族化合物半導体をそれぞれ種結晶として３−５族化合物半導体を横方向成長させて平坦な結晶表面を形成する第２の工程とを有することを特徴とする３−５族化合物半導体の製造方法が提案される。
【００１３】
請求項３の発明によれば、請求項２の発明において、前記複数の突起状３−５族化合物半導体が下地結晶表面にストライプ状マスクパターンを形成して、３−５族化合物半導体を成長することにより形成された３−５族化合物半導体の製造方法が提案される。
【００１４】
請求項４の発明によれば、請求項３の発明において、前記ストライプ状のマスクパターンのストライプ幅が、そのストライプ方向に対して周期的に変化する形状であることを特徴とする３−５族化合物半導体の製造方法が提案される。
【００１５】
請求項５の発明によれば、請求項４の発明において、前記ストライプ状のマスクパターンのストライプ方向が、第１の３−５族化合物半導体の＜１−１００＞方向であることを特徴とする３−５族化合物半導体の製造方法が提案される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例につき詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の実施の形態の一例を説明するための工程図である。先ず、図１（Ａ）に示されるように下地結晶１を用意し、下地結晶１の表面１Ａ上にＲＦスパッタ法等によりＳｉＯ_２やＴｉ、Ｗなどの金属層を堆積させ、マスク層２として適宜の厚さに形成した後、フォトリソグラフィにより複数の窓部２Ａをスリットの形状に形成する（図１（Ｂ））。これらの窓部２Ａは、幅５μｍ程度のストライプ状のパターンをもって形成されている。
【００１８】
この例では該化合物半導体の下地結晶の上にマスクパターンを形成しているが、下地結晶としてサファイアやＳｉＣなどの基板を用い、この上に直接マスクパターンを形成してもよい。
【００１９】
窓部２Ａは、図２から判るように、ストライプ状ではあるが、その縁が波状に湾曲しており、窓部２Ａは幅の広い部分と狭い部分とがストライプの長手方向に沿って周期的に表われるパターンとなっている。
【００２０】
図１に戻ると、マスク層２及び窓部２Ａを形成した後、図１の（Ｃ）に示されるように、第１の３−５族化合物半導体層３を形成する。第１の３−５族化合物半導体層３の特徴は、複数の突起状部３Ａが離散して形成されていることである。これらの突起状部３Ａもまた、該３−５族化合物半導体から成っているもので、図１の（Ｂ）の工程が終了した後、一般式Ｉｎ_ｕＧａ_ｖＡｌ_ｗＮ（ここで、０≦ｕ≦１、０≦ｖ≦１、０≦ｗ≦１、ｕ＋ｖ＋ｗ＝１）で表されるＧａＮ系の３−５族化合物半導体をハイドライド気相成長法（以下、ＨＶＰＥ法と記すことがある）などによって第１の３−５族化合物半導体層３を成層することにより形成される。この詳細については後述する。
【００２１】
なお、下地結晶上に成長する第１の３−５族化合物半導体層３は下地結晶と同じ組成である必要はない。
【００２２】
該化合物半導体の製造に用いることができる方法としては、分子線エピタキシー（以下、ＭＢＥと記すことがある。）法、有機金属気相成長法（以下ＭＯＶＰＥ法と記すことがある）、ＨＶＰＥ法等が挙げられる。ＭＢＥ法は急峻な界面を有する積層構造を作製することに適した方法である点で重要である。ＭＯＶＰＥ法は急峻な界面を有する積層構造を作製するのに適しているのと同時に、大面積にわたり均一な成膜にも適しているため重要である。ＨＶＰＥ法は、不純物の少ない結晶を大きな成膜速度で作製できるため重要である。３−５族化合物半導体層を成長させるのにＨＶＰＥ法を用いると、大きな成長速度が得られるため、短時間で良好な結晶を得ることができる。
【００２３】
ＨＶＰＥ法においては、原料のキャリアガスとして、水素、窒素等の従来より用いられているガスを単独で、あるいは混合して用いることができる。
【００２４】
以上のようにして、第１の３−５族化合物半導体層３を形成すると、図１の（Ｃ）に示されるように、窓部２Ａ内での３−５族化合物半導体の成長が他の場所に比べて早く、突起状部３Ａが複数形成されることになる。本実施の形態の場合、窓部２Ａの形状が上述のようにその幅の寸法を周期的に変化させているので、突起状部３Ａはその幅の広い部分に対応して離散的に形成される（図２参照）。
【００２５】
第１の３−５族化合物半導体層３の形成後、その上に第２の３−５族化合物半導体層４を成長させる。ここでは、結晶成長が横方向成長となるように成長条件を制御し、これにより第２の３−５族化合物半導体層４における転位密度の改善を図るようにしている。
【００２６】
すなわち、第１の３−５族化合物半導体層３の突起状部３Ａを種結晶として第２の３−５族化合物半導体を横方向成長により形成しているため、横方向成長した部分の結晶の方位は種結晶の結晶方位によって決定される。つまり横方向成長した部分の結晶性はその下の基板あるいは第１の３−５族化合物半導体層３の結晶性には影響を受けない。したがって横方向成長した部分の転位密度は大幅に低減されることになる。
【００２７】
なお、この第２の３−５族化合物半導体層４の組成は第１の３−５族化合物半導体層３の組成と同一である必要はない。また、第１の化合物半導体層３が下地結晶１の上に形成されている場合、第２の３−５族化合物半導体層４の組成は下地結晶１と同一である必要もない。さらに第１の３−５族化合物半導体層３も、第２の３−５族化合物半導体層４も、組成が均一である必要はなく空間的に組成の異なる部分があってもよいし、組成が膜厚方向に沿って徐々に変化してもよい。
【００２８】
なお、突起状部３Ａに存在する貫通転位はその頂上から略上方へ延びることになる。この結果、第２の３−５族化合物半導体層４において受け継がれた貫通転位が第２の３−５族化合物半導体層４の表面にまで延びるとしても、各突起状部３Ａの頂部に対応する領域に収束する傾向を有する。このため、第２の３−５族化合物半導体層４の表面における欠陥密度を従来に比べてより一層低減させることができる。
【００２９】
このことを図３及び図４を参照して説明する。図３（Ａ）、（Ｂ）はいずれも図２のＡ−Ａ線断面図であり、図３（Ａ）は第１の３−５族化合物半導体層３の層を成長させ、これにより突起状部３Ａが形成された状態の図で、図３（Ｂ）は突起状部３Ａを有する第１の３−５族化合物半導体層３の上に第２の３−５族化合物半導体層４をさらに成長させた場合の図である。図３（Ａ）、（Ｂ）において太線で示されているのは貫通転位であり、第２の３−５族化合物半導体層４においては、突起状部３Ａの部分のみにおいて受け継がれて上方に延びている。
【００３０】
一方、図４の（Ａ）、（Ｂ）はいずれも図２のＢ−Ｂ線断面図であり、これらの各図においても、太線で示されているのは貫通転位であり、第２の３−５族化合物半導体層４においては、突起状部３Ａの部分のみにおいて受け継がれて上方に延びている。
【００３１】
図３及び図４から判るように、第２の３−５族化合物半導体層４内においては、突起状部３Ａのために貫通転位は突起状部３Ａの上方にのみ集中するようになる。
【００３２】
なお、マスクパターンの形状は、図２に示したものに限定されるものではなく、例えば、図５〜図７に示した形状のマスクパターンを用いても突起状部３Ａを形成することができる。いずれのマスクパターンにおいても、窓部２Ａの寸法幅が大きくなっている領域に種結晶となる突起状部３Ａが形成されることになる。
【００３３】
ストライプ状マスクパターンを用いる場合、その方向が＜１−１００＞付近であるのが好ましい。横方向成長を比較的容易に行うことができるからである。
【００３４】
本発明は、このように、離散した突起部を有する所要の３−５族化合物半導体を基板上に設け、この突起部を種結晶として該３−５族化合物半導体を横方向成長させることにより平坦な結晶表面を形成するようにしたことを特徴とするものである。突起状部３Ａの形成方法は上記実施の形態において説明した方法に限定されるものではない。他の方法として、平坦な該化合物半導体を選択的にエッチングして突起状部分を残す方法、または、平坦な該化合物半導体上あるいはサファイア、ＳｉＣ等の基板上に、突起状部を形成しようとする部分にのみ開口部を有するマスクパターンを形成し、これを用いて選択成長を行い、突起状部分を形成する方法等を採用することもできる。
【００３５】
また、サファイア、ＳｉＣ等の基板にあらかじめ、形成しようとする突起状部に対応する凹凸を形成しておき、その上に該化合物半導体を成長してもよい。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、上述の如く、第２の３−５族化合物半導体層において受け継がれた貫通転位が第２の３−５族化合物半導体層の表面にまで延びるとしても、その表面での転位の終端位置は各突起状部の頂部に対応する領域に収束する傾向となるので、第２の３−５族化合物半導体層の表面における欠陥密度を従来に比べてより一層低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を説明するための製造工程図。
【図２】図１の製造工程の途中の状態を説明するための説明図。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図。
【図４】図２のＢ−Ｂ線断面図。
【図５】突起状部を形成するためのマスクパターンの他の例を示す図。
【図６】突起状部を形成するためのマスクパターンの別の例を示す図。
【図７】突起状部を形成するためのマスクパターンのさらに別の例を示す図。
【符号の説明】
１下地結晶
２マスク層
２Ａ窓部
３第１の３−５族化合物半導体層
３Ａ突起状部
４第２の３−５族化合物半導体層[0001]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-170778
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a gallium nitride (GaN) -based Group 3-5 compound semiconductor and a method for manufacturing the same.
[0003]
[Prior art]
Formula _In x _Ga y _Al z N (provided that, x + y + z = 1,0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1,0 ≦ z ≦ 1) GaN -based III-V group compound semiconductor represented by the Group 3 By adjusting the bandgap energy of the direct type by changing the composition of the elements, it is possible to correspond to the light energy of ultraviolet to red wavelengths, so it can be used as a material for highly efficient light-emitting devices in the ultraviolet to visible region. is there. In addition, since it has a larger band gap than semiconductors such as Si or GaAs that have been generally used so far, it has a property as a semiconductor even at a high temperature that cannot be operated by a conventional semiconductor. It is possible in principle to manufacture an electronic element having excellent properties.
[0004]
However, since the above-mentioned GaN-based group 3-5 compound semiconductor has a very high vapor pressure near the melting point, it is very difficult to grow a large crystal, so that it can be used as a substrate for manufacturing a semiconductor element. No crystals of a practical size have been obtained. For this reason, in the production of the compound semiconductor, a material having a crystal structure similar to that of the compound semiconductor such as sapphire, SiC, etc. and capable of producing large crystals is used as a substrate, and a required single crystal thin film layer is epitaxially grown thereon. It is common to do. At present, by using such a method, a relatively high-quality crystal of the compound semiconductor can be obtained. However, even in this case, the difference between the lattice constant of the substrate material and the compound semiconductor or the coefficient of thermal expansion of the compound semiconductor. It is difficult to reduce the crystal defects caused by the defect density, and generally has a defect density of about 10 ⁸ cm ⁻² or more.
[0005]
In order to solve this problem, conventionally, a compound semiconductor having a high defect density (hereinafter, sometimes referred to as a base crystal) is covered with a mask pattern such as SiO ₂ while leaving a fine opening, and a crystal is formed thereon. A method of reducing the dislocation density by so-called selective lateral growth (ELO) in which a required compound semiconductor with few crystal defects is grown by growing (Patent Document 1), a method of forming a compound semiconductor on a substrate such as sapphire. A method in which a mask is formed in the form of a stripe and a crystal is grown in a state where the substrate surface can be seen through a fine opening formed between the masks, or a method in which a high defect density is formed on a sapphire substrate A method is known in which a compound semiconductor layer is partially etched and then a required compound semiconductor is regrown thereon.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Among the above-mentioned conventional techniques, in the method based on the selective lateral growth, the crystal selectively grown in the opening formed by the pattern spreads over the pattern, and immediately after the embedding of the pattern occurs, the crystal surface due to regrowth has irregularities. Although remaining, the further growth of the crystal eventually reduces the unevenness of the regrown surface, and finally a flat crystal surface with a low defect density can be obtained.
[0007]
For example, Patent Literature 1 discloses a method of solving this problem in which the compound semiconductor is grown so as to have a void on a pattern, and threading dislocations in a growth layer grown from an opening of the pattern are terminated by the void. A method is disclosed in which the dislocation density is reduced.
[0008]
However, even with this proposed method, it is difficult to completely terminate the dislocation in the center of the window. For this reason, dislocation defects are scattered along the longitudinal direction above the window portion due to the pattern, and reduction of crystal defects is not yet sufficient.
[0009]
An object of the present invention is to provide a Group 3-5 compound semiconductor that can solve the above-mentioned problems in the conventional technology, and a method for manufacturing the same.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have conducted intensive studies in view of such a situation, and as a result, provided a required group 3-5 compound semiconductor having discrete projections on a substrate, and using the projections as seed crystals to form the 3-5 compound semiconductor. The present inventors have found that not only crystal defects can be reduced but also a flat crystal surface can be formed by growing a group III compound semiconductor in the lateral direction, and the present invention has been accomplished based on this.
[0011]
According to the present invention, the general formula _In x _Ga y _Al z N (provided that, x + y + z = 1,0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1,0 ≦ z ≦ 1) 3-5 represented by In the group III-V compound semiconductor having a group III compound semiconductor crystal layer, the group III-V compound semiconductor crystal layer includes a first group III-V compound semiconductor layer having discrete projections, and a projection. A second group III-V compound semiconductor layer which is a crystal layer laterally grown on the first group III-V compound semiconductor layer as a seed crystal; Suggested.
[0012]
According to the invention of claim 2, general formula _In x _Ga y _Al z N (provided that, x + y + z = 1,0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1,0 ≦ z ≦ 1) 3-5 represented by In the method for manufacturing a group III compound semiconductor, a first step of discretely forming a plurality of protruding group 3-5 compound semiconductors, and a method of forming the plurality of protruding group 3-5 compound semiconductors as seed crystals by 3-5 And a second step of forming a flat crystal surface by laterally growing the group III compound semiconductor.
[0013]
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect, the plurality of protruding group III-V compound semiconductors form a stripe-shaped mask pattern on the surface of the base crystal to grow the group III-V compound semiconductor. Thus, a method of manufacturing the formed Group 3-5 compound semiconductor is proposed.
[0014]
According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, the stripe width of the stripe-shaped mask pattern has a shape that periodically changes in the stripe direction. A method for manufacturing a compound semiconductor is proposed.
[0015]
According to a fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect of the present invention, the stripe direction of the stripe-shaped mask pattern is a <1-100> direction of the first group III-V compound semiconductor. A method for manufacturing a Group 3-5 compound semiconductor is proposed.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0017]
FIG. 1 is a process chart for explaining an example of an embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 1A, a base crystal 1 is prepared, and a metal layer such as SiO ₂ , Ti, or W is deposited on the surface 1A of the base crystal 1 by an RF sputtering method or the like to form a mask layer 2. After being formed to an appropriate thickness, a plurality of windows 2A are formed in a slit shape by photolithography (FIG. 1B). These windows 2A are formed in a stripe pattern having a width of about 5 μm.
[0018]
In this example, a mask pattern is formed on the base crystal of the compound semiconductor. However, a substrate such as sapphire or SiC may be used as the base crystal, and a mask pattern may be formed directly on the substrate.
[0019]
As can be seen from FIG. 2, the window portion 2A has a stripe shape, but its edge is curved in a wavy shape. The window portion 2A has a wide portion and a narrow portion that are periodically arranged along the longitudinal direction of the stripe. It is a pattern that appears in.
[0020]
Returning to FIG. 1, after forming the mask layer 2 and the window 2A, a first group III-V compound semiconductor layer 3 is formed as shown in FIG. A feature of the first group III-V compound semiconductor layer 3 is that a plurality of protrusions 3A are formed discretely. These projecting portions 3A also those made up of the Group III-V compound semiconductor, after the step of FIG. 1 (B) is completed, the general formula _In u _Ga v _Al w N (where, 0 A GaN-based group III-V compound semiconductor represented by ≦ u ≦ 1, 0 ≦ v ≦ 1, 0 ≦ w ≦ 1, u + v + w = 1) may be referred to as a hydride vapor phase epitaxy method (hereinafter, referred to as an HVPE method). ) And the like to form the first group III-V compound semiconductor layer 3. The details will be described later.
[0021]
Note that the first group III-V compound semiconductor layer 3 grown on the base crystal does not need to have the same composition as the base crystal.
[0022]
Methods that can be used for the production of the compound semiconductor include a molecular beam epitaxy (hereinafter sometimes referred to as MBE) method, a metal organic chemical vapor deposition method (hereinafter sometimes referred to as MOVPE method), and an HVPE method. Is mentioned. The MBE method is important in that it is a method suitable for manufacturing a stacked structure having a steep interface. The MOVPE method is important because it is suitable for producing a laminated structure having a steep interface and also suitable for uniform film formation over a large area. The HVPE method is important because crystals with few impurities can be formed at a high film formation rate. When the HVPE method is used to grow the group III-V compound semiconductor layer, a high growth rate can be obtained, so that a good crystal can be obtained in a short time.
[0023]
In the HVPE method, conventionally used gases such as hydrogen and nitrogen can be used alone or in combination as a carrier gas of a raw material.
[0024]
When the first group III-V compound semiconductor layer 3 is formed as described above, as shown in FIG. 1C, the growth of the group III-V compound semiconductor in the window 2A is stopped. A plurality of protruding portions 3A are formed earlier than at the place. In the case of the present embodiment, since the shape of the window 2A periodically changes its width dimension as described above, the protruding portions 3A are discretely formed corresponding to the wide portions. (See FIG. 2).
[0025]
After forming the first group 3-5 compound semiconductor layer 3, a second group 3-5 compound semiconductor layer 4 is grown thereon. Here, the growth conditions are controlled so that the crystal grows in the lateral direction, whereby the dislocation density in the second group III-V compound semiconductor layer 4 is improved.
[0026]
That is, since the second group III-V compound semiconductor is formed by lateral growth using the projections 3A of the first group III-V compound semiconductor layer 3 as seed crystals, the crystal of the part grown laterally is The orientation is determined by the crystal orientation of the seed crystal. That is, the crystallinity of the laterally grown portion is not affected by the crystallinity of the underlying substrate or the first group III-V compound semiconductor layer 3. Therefore, the dislocation density in the portion grown in the lateral direction is greatly reduced.
[0027]
The composition of the second group III-V compound semiconductor layer 4 does not need to be the same as the composition of the first group III-V compound semiconductor layer 3. When the first compound semiconductor layer 3 is formed on the base crystal 1, the composition of the second group III-V compound semiconductor layer 4 does not need to be the same as that of the base crystal 1. Further, both the first group III-V compound semiconductor layer 3 and the second group III-V compound semiconductor layer 4 do not need to be uniform in composition, and there may be a portion having a spatially different composition. May gradually change along the film thickness direction.
[0028]
Note that threading dislocations existing in the protruding portion 3A extend substantially upward from the top. As a result, even if the threading dislocation inherited in the second group III-V compound semiconductor layer 4 extends to the surface of the second group III-V compound semiconductor layer 4, it corresponds to the top of each protruding portion 3A. It tends to converge on the area. For this reason, the defect density on the surface of the second group III-V compound semiconductor layer 4 can be further reduced as compared with the related art.
[0029]
This will be described with reference to FIGS. 3A and 3B are cross-sectional views taken along the line AA of FIG. 2. FIG. 3A shows the growth of the first group III-V compound semiconductor layer 3, thereby forming a projection. FIG. 3B is a view showing a state in which the protruding portions 3A are formed. FIG. It is a figure at the time of further growing. In FIGS. 3A and 3B, threaded dislocations are indicated by thick lines, and in the second group III-V compound semiconductor layer 4, only the protruding portions 3A are inherited upward. Extending.
[0030]
On the other hand, FIGS. 4A and 4B are cross-sectional views taken along the line BB in FIG. 2. In each of these figures, the bold lines indicate threading dislocations and the second In the group III-V compound semiconductor layer 4, only the protrusion 3 </ b> A is inherited and extends upward.
[0031]
As can be seen from FIGS. 3 and 4, in the second group III-V compound semiconductor layer 4, threading dislocations are concentrated only above the projecting portions 3A due to the projecting portions 3A.
[0032]
The shape of the mask pattern is not limited to that shown in FIG. 2. For example, the protrusions 3A can be formed even by using a mask pattern having the shape shown in FIGS. . In any of the mask patterns, a projection 3A serving as a seed crystal is formed in a region where the dimensional width of the window 2A is large.
[0033]
When a stripe-shaped mask pattern is used, the direction is preferably around <1-100>. This is because lateral growth can be performed relatively easily.
[0034]
According to the present invention, a required group III-V compound semiconductor having discrete projections is provided on a substrate, and the projections are used as a seed crystal to grow the group III-V compound semiconductor in a lateral direction. A characteristic crystal surface is formed. The method of forming the protrusion 3A is not limited to the method described in the above embodiment. Another method is to selectively etch the flat compound semiconductor to leave protrusions, or to form protrusions on the flat compound semiconductor or a substrate such as sapphire or SiC. It is also possible to adopt a method in which a mask pattern having an opening only in a portion is formed, selective growth is performed using the mask pattern, and a protruding portion is formed.
[0035]
In addition, irregularities corresponding to the projections to be formed may be formed in advance on a substrate such as sapphire or SiC, and the compound semiconductor may be grown thereon.
[0036]
【The invention's effect】
According to the present invention, as described above, even if the threading dislocation inherited in the second group III-V compound semiconductor layer extends to the surface of the second group III-V compound semiconductor layer, the dislocation on the surface of the second group III-V compound semiconductor layer Tends to converge to the region corresponding to the top of each protrusion, so that the defect density on the surface of the second group III-V compound semiconductor layer can be further reduced as compared with the conventional case.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a manufacturing process diagram for explaining an example of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining a state in the middle of the manufacturing process of FIG. 1;
FIG. 3 is a sectional view taken along line AA of FIG. 2;
FIG. 4 is a sectional view taken along line BB of FIG. 2;
FIG. 5 is a diagram showing another example of a mask pattern for forming a projection.
FIG. 6 is a view showing another example of a mask pattern for forming a projection.
FIG. 7 is a view showing still another example of a mask pattern for forming a projection.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base crystal 2 Mask layer 2A Window 3 First 3-5 group compound semiconductor layer 3A Projection 4 Second 3-5 group compound semiconductor layer

Claims

一般式Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_ｚＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表される３−５族化合物半導体結晶層を有する３−５族化合物半導体において、
前記３−５族化合物半導体結晶が、離散した突起状部を有する第１の３−５族化合物半導体層と、
前記突起状部を種結晶として前記第１の３−５族化合物半導体層の上に横方向成長した結晶である第２の３−５族化合物半導体層と
を有することを特徴とする３−５族化合物半導体。Formula _In x _Ga y _Al z N (provided that, x + y + z = 1,0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1,0 ≦ z ≦ 1) having a group III-V compound semiconductor crystal layer represented by 3- In group V compound semiconductors,
A first group III-V compound semiconductor layer in which the group III-V compound semiconductor crystal has discrete projections;
A second group III-V compound semiconductor layer which is a crystal grown laterally on the first group III-V compound semiconductor layer using the protruding portion as a seed crystal. Group compound semiconductor.

一般式Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_ｚＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表される３−５族化合物半導体を製造する方法において、
複数の突起状３−５族化合物半導体を離散させて形成する第１の工程と、
前記複数の突起状３−５族化合物半導体をそれぞれ種結晶として３−５族化合物半導体を横方向成長させて平坦な結晶表面を形成する第２の工程と
を有することを特徴とする３−５族化合物半導体の製造方法。Formula _In x _Ga y _Al z N (provided that, x + y + z = 1,0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1,0 ≦ z ≦ 1) A method for producing a group III-V compound semiconductor represented by,
A first step of discretely forming a plurality of projecting 3-5 group compound semiconductors;
A second step of forming a flat crystal surface by laterally growing the group III-V compound semiconductor using the plurality of protruding group III-V compound semiconductors as seed crystals to form a flat crystal surface. A method for producing a group III compound semiconductor.

前記複数の突起状３−５族化合物半導体が下地結晶表面にストライプ状マスクパターンを形成して、３−５族化合物半導体を成長することにより形成された請求項２記載の３−５族化合物半導体の製造方法。3. The group III-V compound semiconductor according to claim 2, wherein the plurality of protruding group III-V compound semiconductors are formed by growing a group III-V compound semiconductor by forming a stripe-shaped mask pattern on the surface of a base crystal. Manufacturing method.

前記ストライプ状のマスクパターンのストライプ幅が、そのストライプ方向に対して周期的に変化する形状であることを特徴とする請求項３記載の３−５族化合物半導体の製造方法。4. The method of manufacturing a Group 3-5 compound semiconductor according to claim 3, wherein the stripe width of the stripe-shaped mask pattern has a shape that periodically changes in the stripe direction.

前記ストライプ状のマスクパターンのストライプ方向が、第１の３−５族化合物半導体の＜１−１００＞方向であることを特徴とする請求項４記載の３−５族化合物半導体の製造方法。The method of manufacturing a Group 3-5 compound semiconductor according to claim 4, wherein the stripe direction of the stripe-shaped mask pattern is a <1-100> direction of the first Group 3-5 compound semiconductor.