JP5381632B2 - Method for fabricating group III nitride semiconductor light-emitting device, method for forming electrode for group III nitride semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、III族窒化物半導体発光素子を作製する方法、III族窒化物半導体素子のための電極を形成する方法、及びIII族窒化物半導体素子に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a group III nitride semiconductor light emitting device, a method for forming an electrode for a group III nitride semiconductor device, and a group III nitride semiconductor device.
特許文献1には、窒化物半導体素子、及びその製造方法が記載されている。この窒化物半導体素子では、第1の半導体層の直上に形成される極性反転層と、この極性反転層の直上に形成される第2の半導体層とを備える。第2の半導体層は、ウエットエッチングによりエッチングされる極性を有し、第1の半導体層は第2の半導体のウエットエッチングに対するエッチング停止層にとなる極性を有する。 Patent Document 1 describes a nitride semiconductor device and a manufacturing method thereof. The nitride semiconductor device includes a polarity reversal layer formed immediately above the first semiconductor layer and a second semiconductor layer formed directly above the polarity reversal layer. The second semiconductor layer has a polarity to be etched by wet etching, and the first semiconductor layer has a polarity to be an etching stop layer for the wet etching of the second semiconductor.
特許文献2には、III族窒化物半導体素子、及びその製造方法が記載されている。この窒化物半導体素子では、電流狭窄層のための非結晶層を低温堆積(例えば摂氏400度)により形成した後に、電流の通路のための開口を非結晶層に形成する。この後に、非結晶層の堆積温度より高い温度(例えば摂氏1000度)でp型クラッド層を成長すると共にこのp型クラッド層上に他の層を成長する。この成長中に、非結晶層は結晶層に変換される。 Patent Document 2 describes a group III nitride semiconductor device and a manufacturing method thereof. In this nitride semiconductor device, an amorphous layer for a current confinement layer is formed by low temperature deposition (for example, 400 degrees Celsius), and then an opening for a current path is formed in the amorphous layer. Thereafter, a p-type cladding layer is grown at a temperature higher than the deposition temperature of the amorphous layer (for example, 1000 degrees Celsius), and another layer is grown on the p-type cladding layer. During this growth, the amorphous layer is converted to a crystalline layer.
特許文献3には、半導体装置の製造方法が記載されている。この製造方法によれば、活性領域の露出面にダメージを与えることなく、III−V族窒化物半導体を用いた半導体装置の電流狭窄部を形成できる。半導体装置は、n型のIII−V族窒化物半導体からなる第1半導体層と、p型のIII−V族窒化物半導体からなる第2半導体層と、この間に設けられIII-V族窒化物半導体からなる発光層を含む。該第2半導体層の酸化により、酸化領域が形成される。酸化領域は電流狭窄のために第2半導体層における両側部に形成される。第2半導体層及び酸化領域の全面にp側電極が形成される。 Patent Document 3 describes a method for manufacturing a semiconductor device. According to this manufacturing method, the current confinement portion of the semiconductor device using the group III-V nitride semiconductor can be formed without damaging the exposed surface of the active region. A semiconductor device includes a first semiconductor layer made of an n-type group III-V nitride semiconductor, a second semiconductor layer made of a p-type group III-V nitride semiconductor, and a group III-V nitride provided therebetween. A light emitting layer made of a semiconductor is included. An oxidized region is formed by the oxidation of the second semiconductor layer. Oxide regions are formed on both sides of the second semiconductor layer for current confinement. A p-side electrode is formed on the entire surface of the second semiconductor layer and the oxidized region.
特許文献4には、絶縁物からなる第1の膜(SiO2)及び第2の膜(ZrO2)を窒化ガリウム系半導体層上に形成すると共に、これら2層膜を用いて窒化ガリウム系半導体層に凹部を形成する。第2の膜(ZrO2)のエッチング速度は、弗素含有エッチャント及び塩素含有エッチャントに対するエッチングに関して、第1の膜(SiO2)のエッチング速度より小さい。この後に、弗素含有エッチャントに対するエッチング速度が第1の膜(SiO2)より小さい第3の膜(ZrO2)を第2の膜(ZrO2)及び凹部に形成する。 In Patent Document 4, a first film (SiO 2 ) and a second film (ZrO 2 ) made of an insulator are formed on a gallium nitride based semiconductor layer, and a gallium nitride based semiconductor is formed using these two layer films. A recess is formed in the layer. The etching rate of the second film (ZrO 2 ) is smaller than the etching rate of the first film (SiO 2 ) with respect to the etching with respect to the fluorine-containing etchant and the chlorine-containing etchant. Thereafter, a third film (ZrO 2 ) whose etching rate for the fluorine-containing etchant is smaller than that of the first film (SiO 2 ) is formed in the second film (ZrO 2 ) and the recess.
特許文献1における発明は、互いに反対向き極性を有する六方晶系窒化ガリウムがウエットエッチングにおいて異なるエッチング速度を示すことを利用している。しかしながら、反対向き極性を有する六方晶系窒化ガリウム層を積層することは容易ではない。 The invention in Patent Document 1 utilizes the fact that hexagonal gallium nitrides having polarities opposite to each other exhibit different etching rates in wet etching. However, it is not easy to stack hexagonal gallium nitride layers having opposite polarities.
特許文献2における発明は、非結晶層の成長とこの後に結晶層への非結晶層の変換とを行う。非結晶層から変換された結晶層が、完成物の半導体組成内に残存する。 In the invention in Patent Document 2, the growth of the amorphous layer and the conversion of the amorphous layer into the crystalline layer are performed thereafter. The crystalline layer converted from the amorphous layer remains in the finished semiconductor composition.
特許文献3における発明では、電流狭窄のための構造を形成するために、マスクを用いて窒化ガリウム系半導体を酸素雰囲気中で酸化する。結果として形成される絶縁物は、窒化ガリウム系半導体の構成元素の酸化物に限定される。 In the invention in Patent Document 3, a gallium nitride based semiconductor is oxidized in an oxygen atmosphere using a mask in order to form a structure for current confinement. The resulting insulator is limited to oxides of constituent elements of gallium nitride based semiconductors.
特許文献4における発明では、リッジ形成のためのリフトオフ工程でエッチングされる第1の膜はSiO2からなる。最終的にデバイス上に残存する第3の膜は、弗素含有エッチャントを用いるエッチングにおいて、第1の膜のエッチング速度より小さい材料に限定される。リフトオフの際にエッチングされる第1の膜がSiO2からなるで、第3の膜としてシリコン酸化物を用いることはできない。 In the invention of Patent Document 4, the first film to be etched in the lift-off process for ridge formation is composed of SiO 2. The third film finally remaining on the device is limited to a material smaller than the etching rate of the first film in the etching using the fluorine-containing etchant. Since the first film etched during lift-off is made of SiO 2 , silicon oxide cannot be used as the third film.
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、III族窒化物の露出エリアを絶縁膜の開口に対して良好な位置制御性で形成できる、III族窒化物半導体発光素子を作製する方法を提供することを目的とする。また、本発明は、III族窒化物の露出エリアを絶縁膜の開口に対して良好な位置制御性で形成できると共に、該露出エリア上に良好な接触特性で電極を形成できる、III族窒化物半導体素子のための電極を形成する方法を提供することを目的とする。さらに、本発明は、III族窒化物の露出エリアを絶縁膜の開口に対して良好な位置制御性で位置合わせされた電極を有するIII族窒化物半導体素子を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and a group III nitride semiconductor light emitting device capable of forming an exposed area of a group III nitride with good position controllability with respect to an opening of an insulating film. It is an object of the present invention to provide a manufacturing method. Further, the present invention provides a group III nitride in which an exposed area of group III nitride can be formed with good position controllability with respect to the opening of the insulating film, and an electrode can be formed on the exposed area with good contact characteristics. An object is to provide a method of forming an electrode for a semiconductor device. Another object of the present invention is to provide a group III nitride semiconductor device having an electrode in which the exposed area of the group III nitride is aligned with good position controllability with respect to the opening of the insulating film.
本発明の一側面に係る発明は、III族窒化物半導体発光素子を作製する方法である。この方法は、(a)活性層を含む半導体積層上に、III族窒化物半導体層をエピタキシャルに成長する工程と、(b)前記III族窒化物半導体層上にIII族窒化物リフトオフ層を成長して基板生産物を形成する工程と、(c)前記III族窒化物リフトオフ層にリッジ構造のためのパターンを形成するためのマスクを前記III族窒化物リフトオフ層上に形成する工程と、(d)前記III族窒化物リフトオフ層及び前記III族窒化物半導体層に前記マスクの前記パターンを転写して、パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層及びパターン形成されたIII族窒化物半導体領域を形成する工程と、(e)前記マスク、前記パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層及び前記パターン形成されたIII族窒化物半導体領域上に絶縁膜を成長する工程と、(f)前記パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層を前記絶縁膜に対してエッチャントを用いて選択的に除去して、リフトオフ法により、開口を有するようにパターン形成された絶縁膜を形成すると共に前記パターン形成されたIII族窒化物半導体領域を前記開口に露出させる工程とを備える。前記絶縁膜の屈折率は前記III族窒化物半導体層の屈折率より小さく、前記III族窒化物リフトオフ層は、III族構成元素としてアルミニウムを含み、前記III族窒化物リフトオフ層の成長温度は、前記III族窒化物半導体層の成長温度より低く、前記エッチャントによるエッチングにおいて、前記III族窒化物リフトオフ層のエッチング速度は前記絶縁膜のエッチング速度より大きい。 The invention according to one aspect of the present invention is a method of manufacturing a group III nitride semiconductor light emitting device. This method includes (a) a step of epitaxially growing a group III nitride semiconductor layer on a semiconductor stack including an active layer, and (b) a group III nitride lift-off layer on the group III nitride semiconductor layer. (C) forming a mask for forming a pattern for a ridge structure on the group III nitride lift-off layer on the group III nitride lift-off layer; d) transferring the pattern of the mask to the group III nitride lift-off layer and the group III nitride semiconductor layer to form a patterned group III nitride lift-off layer and a patterned group III nitride semiconductor region; And (e) growing an insulating film on the mask, the patterned group III nitride lift-off layer, and the patterned group III nitride semiconductor region, and (f) the pattern. The formed group III nitride lift-off layer is selectively removed from the insulating film using an etchant, and an insulating film patterned to have an opening is formed by a lift-off method and the pattern is formed. Exposing the group III nitride semiconductor region to the opening. The refractive index of the insulating film is smaller than the refractive index of the group III nitride semiconductor layer, the group III nitride lift-off layer contains aluminum as a group III constituent element, and the growth temperature of the group III nitride lift-off layer is: The etching temperature of the group III nitride semiconductor layer is lower than the growth temperature of the group III nitride semiconductor layer, and the etching rate of the group III nitride lift-off layer is higher than the etching rate of the insulating film in etching with the etchant.
この方法によれば、パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層及びパターン形成されたIII族窒化物半導体領域を形成した後に、マスク、パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層及びパターン形成されたIII族窒化物半導体領域上に絶縁膜を成長する。この後に、リフトオフ法により、パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層を絶縁膜に対してエッチャントを用いて選択的に除去する。III族窒化物リフトオフ層の成長温度をIII族窒化物半導体層の成長温度より低くして、リフトオフのためのエッチャントによるエッチングにおいて、III族窒化物リフトオフ層のエッチング速度を絶縁膜のエッチング速度より大きくできる。これ故に、リフト工程により、絶縁膜は、開口を有するようにパターン形成され、この開口にセルフアライン(自己整合的)にIII族窒化物半導体領域が露出される。 According to this method, after forming a patterned III-nitride lift-off layer and a patterned III-nitride semiconductor region, a mask, a patterned III-nitride lift-off layer, and a patterned III An insulating film is grown on the group nitride semiconductor region. Thereafter, the patterned group III nitride lift-off layer is selectively removed from the insulating film using an etchant by a lift-off method. When the growth temperature of the group III nitride lift-off layer is set lower than the growth temperature of the group III nitride semiconductor layer, and the etching with the etchant for lift-off is performed, the etching rate of the group III nitride lift-off layer is larger than the etching rate of the insulating film. it can. For this reason, the insulating film is patterned to have an opening by the lift process, and the group III nitride semiconductor region is exposed in this opening in a self-aligned manner (self-aligned).
また、基板生産物の形成では、III族窒化物半導体層上に類似のIII族窒化物からなるリフトオフ層を成長するので、III族窒化物半導体層は、リフトオフ工程で露出されるまで類似のIII族窒化物リフトオフ層により覆われている。これ故に、III族窒化物半導体層の露出面へ良好な保護が提供される。 Also, in the formation of the substrate product, a lift-off layer made of a similar group III nitride is grown on the group III nitride semiconductor layer, so that the similar group III nitride semiconductor layer is exposed until it is exposed in the lift-off process. Covered by a group nitride lift-off layer. Therefore, good protection is provided to the exposed surface of the group III nitride semiconductor layer.
さらに、III族窒化物半導体層の屈折率より小さい屈折率の絶縁膜の開口に、リッジ構造のためにパターン形成されたIII族窒化物半導体領域が露出されるので、良好な電流閉じ込め性及び光閉じ込め性を有するIII族窒化物半導体発光素子を作製できる。 Furthermore, since the group III nitride semiconductor region patterned for the ridge structure is exposed in the opening of the insulating film having a refractive index smaller than the refractive index of the group III nitride semiconductor layer, good current confinement and light A group III nitride semiconductor light emitting device having a confinement property can be manufactured.
本発明の一側面に係る方法では、前記III族窒化物半導体層の成長は成長炉を用いて行われることが良く、前記III族窒化物リフトオフ層の成長は前記成長炉を用いて行われることが良い。当該方法は、前記III族窒化物半導体層上に前記III族窒化物リフトオフ層を成長した後に、前記成長炉から前記基板生産物を取り出す工程と、前記リフトオフ法の適用の後に、前記パターン形成されたIII族窒化物半導体領域の露出面上に電極を形成する工程とを更に備えることができる。 In the method according to one aspect of the present invention, the growth of the group III nitride semiconductor layer is preferably performed using a growth furnace, and the growth of the group III nitride lift-off layer is performed using the growth furnace. Is good. In the method, after the group III nitride lift-off layer is grown on the group III nitride semiconductor layer, the pattern is formed after the step of taking out the substrate product from the growth furnace and applying the lift-off method. Forming an electrode on the exposed surface of the group III nitride semiconductor region.
この方法によれば、成長炉を用いてIII族窒化物半導体層を成長した後に、この成長炉を用いてIII族窒化物半導体層上にIII族窒化物リフトオフ層を成長できる。これ故に、III族窒化物リフトオフ層は、電極が接触を成すIII族窒化物半導体領域の表面全体を覆っている。成長炉から基板生産物が取り出されたとき、パターン形成されたIII族窒化物半導体領域において露出面となるエリアが、大気にさらされることはない。 According to this method, after the group III nitride semiconductor layer is grown using the growth furnace, the group III nitride lift-off layer can be grown on the group III nitride semiconductor layer using the growth furnace. Therefore, the group III nitride lift-off layer covers the entire surface of the group III nitride semiconductor region with which the electrode is in contact. When the substrate product is removed from the growth furnace, the exposed area in the patterned group III nitride semiconductor region is not exposed to the atmosphere.
本発明の別の側面に係る発明は、III族窒化物半導体素子のための電極を形成する方法である。この方法は、(a)基板上にIII族窒化物半導体層をエピタキシャルに成長する工程と、(b)前記III族窒化物半導体層上にIII族窒化物リフトオフ層を成長して基板生産物を形成する工程と、(c)前記III族窒化物リフトオフ層にパターンを形成するためのマスクを前記III族窒化物リフトオフ層上に形成する工程と、(d)前記III族窒化物リフトオフ層及び前記窒化物半導体層に前記マスクの前記パターンを転写して、パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層及びパターン形成されたIII族窒化物半導体領域を形成する工程と、(e)前記マスク、前記パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層及び前記パターン形成されたIII族窒化物半導体領域上に絶縁膜を成長する工程と、(f)前記パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層を前記絶縁膜に対してエッチャントを用いて選択的に除去して、リフトオフ法により、開口を有するようにパターン形成された絶縁膜を形成すると共に前記パターン形成されたIII族窒化物半導体領域の露出面を前記開口に露出させる工程と、(g)前記リフトオフ法の適用の後に、前記パターン形成されたIII族窒化物半導体領域の前記露出面上に電極を形成する工程を備える。前記III族窒化物リフトオフ層は、III族構成元素としてアルミニウムを含み、前記III族窒化物リフトオフ層の成長温度は、前記III族窒化物半導体層の成長温度より低く、前記エッチャントによるエッチングにおいて、前記III族窒化物リフトオフ層のエッチング速度は前記絶縁膜のエッチング速度より大きい。 The invention according to another aspect of the present invention is a method of forming an electrode for a group III nitride semiconductor device. This method includes (a) a step of epitaxially growing a group III nitride semiconductor layer on a substrate, and (b) a group III nitride lift-off layer on the group III nitride semiconductor layer to grow a substrate product. (C) forming a mask for forming a pattern on the group III nitride lift-off layer on the group III nitride lift-off layer; (d) the group III nitride lift-off layer; and Transferring the pattern of the mask to a nitride semiconductor layer to form a patterned group III nitride lift-off layer and a patterned group III nitride semiconductor region; and (e) the mask and the pattern. A step of growing an insulating film on the formed group III nitride lift-off layer and the patterned group III nitride semiconductor region; and (f) forming the patterned group III nitride lift-off layer into the pattern III nitride lift-off layer. By selectively removing the edge film using an etchant, an insulating film patterned to have an opening is formed by a lift-off method, and an exposed surface of the patterned group III nitride semiconductor region is formed. And (g) forming an electrode on the exposed surface of the patterned group III nitride semiconductor region after application of the lift-off method. The group III nitride lift-off layer contains aluminum as a group III constituent element, and the growth temperature of the group III nitride lift-off layer is lower than the growth temperature of the group III nitride semiconductor layer. The etching rate of the group III nitride lift-off layer is larger than the etching rate of the insulating film.
この方法によれば、パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層及びパターン形成されたIII族窒化物半導体領域を形成した後に、マスク、パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層及びパターン形成されたIII族窒化物半導体領域上に絶縁膜を成長する。この後に、リフトオフ法により、パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層を絶縁膜に対してエッチャントを用いて選択的に除去する。III族窒化物リフトオフ層の成長温度をIII族窒化物半導体層の成長温度より低くして、リフトオフのためのエッチャントによるエッチングにおいて、III族窒化物リフトオフ層のエッチング速度を絶縁膜のエッチング速度より大きくできる。これ故に、リフトオフ工程により、絶縁膜は、開口を有するようにパターン形成され、この開口にセルフアライン(自己整合的)にIII族窒化物半導体領域が露出される。 According to this method, after forming a patterned III-nitride lift-off layer and a patterned III-nitride semiconductor region, a mask, a patterned III-nitride lift-off layer, and a patterned III An insulating film is grown on the group nitride semiconductor region. Thereafter, the patterned group III nitride lift-off layer is selectively removed from the insulating film using an etchant by a lift-off method. When the growth temperature of the group III nitride lift-off layer is set lower than the growth temperature of the group III nitride semiconductor layer, and the etching with the etchant for lift-off is performed, the etching rate of the group III nitride lift-off layer is larger than the etching rate of the insulating film. it can. Therefore, the insulating film is patterned to have an opening by the lift-off process, and the group III nitride semiconductor region is exposed in this opening in a self-aligned manner (self-aligned).
また、自己整合的に規定された露出面上に電極を形成するので、コンタクト面積を制御性良く規定できる。 In addition, since the electrode is formed on the exposed surface defined in a self-aligned manner, the contact area can be defined with good controllability.
さらに、基板生産物の形成では、III族窒化物半導体層上に類似のIII族窒化物リフトオフ層を成長する。III族窒化物半導体層は、リフトオフ工程で露出されるまで類似のIII族窒化物リフトオフ層により覆われているので、この方法によれば、III族窒化物半導体層の露出面へ良好な保護が提供される。 Further, in forming the substrate product, a similar group III nitride lift-off layer is grown on the group III nitride semiconductor layer. Since the group III nitride semiconductor layer is covered with a similar group III nitride lift-off layer until it is exposed in the lift-off process, this method provides good protection to the exposed surface of the group III nitride semiconductor layer. Provided.
上記の側面における方法では、前記パターン形成されたIII族窒化物半導体領域の前記露出面と前記電極との接触抵抗は1×10−3Ω・cm未満であることができる。 In the method according to the above aspect, a contact resistance between the exposed surface of the patterned group III nitride semiconductor region and the electrode may be less than 1 × 10 −3 Ω · cm.
この方法によれば、成長炉を用いてIII族窒化物半導体層を成長した後に、この成長炉を用いてIII族窒化物半導体層上にIII族窒化物リフトオフ層を成長できる。これ故に、III族窒化物リフトオフ層は、電極が接触を成すIII族窒化物半導体領域の表面全体を覆っている。成長炉から基板生産物が取り出されたとき、パターン形成されたIII族窒化物半導体領域において露出面となるエリアが、大気にさらされることはない。このため、露出面に残存する酸素の濃度を低減できる。この結果、コンタクト抵抗のばらつきを低減して、コンタクト抵抗の安定性を増すことができる。 According to this method, after the group III nitride semiconductor layer is grown using the growth furnace, the group III nitride lift-off layer can be grown on the group III nitride semiconductor layer using the growth furnace. Therefore, the group III nitride lift-off layer covers the entire surface of the group III nitride semiconductor region with which the electrode is in contact. When the substrate product is removed from the growth furnace, the exposed area in the patterned group III nitride semiconductor region is not exposed to the atmosphere. For this reason, the concentration of oxygen remaining on the exposed surface can be reduced. As a result, contact resistance variation can be reduced and contact resistance stability can be increased.
上記の側面における方法では、前記III族窒化物リフトオフ層は、AlN、AlGaN、AlInN及びInAlGaNの少なくともいずれか一つを含むことが好ましい。 In the method according to the above aspect, the group III nitride lift-off layer preferably includes at least one of AlN, AlGaN, AlInN, and InAlGaN.
この方法によれば、III族窒化物リフトオフ層がIII族構成元素としてアルミニウムを含むとき、リフトオフのためのエッチングにおいて所定のエッチャントを用いて所望の選択比を得ることができる。 According to this method, when the group III nitride lift-off layer contains aluminum as a group III constituent element, a desired selectivity can be obtained using a predetermined etchant in etching for lift-off.
上記の側面における方法では、前記III族窒化物リフトオフ層は、InXAlYGa1―X−YN(0≦X<1、0<Y≦1、0<X+Y≦1)を含み、前記III族窒化物リフトオフ層のアルミニウム組成Yは0.5以上1.0以下であることが好ましい。 In the method according to the above aspect, the group III nitride lift-off layer includes In X Al Y Ga 1- XYN (0 ≦ X <1, 0 <Y ≦ 1, 0 <X + Y ≦ 1), The aluminum composition Y of the group III nitride lift-off layer is preferably 0.5 or more and 1.0 or less.
この方法によれば、III族窒化物リフトオフ層が上記のAl組成範囲を有するとき、このIII族窒化物リフトオフ層のウエットエッチングが容易である。 According to this method, when the group III nitride lift-off layer has the above Al composition range, wet etching of the group III nitride lift-off layer is easy.
上記の側面における方法では、III族窒化物リフトオフ層を成長する前記工程において、前記III族窒化物リフトオフ層は非単結晶III族窒化物を含む、ことが好ましい。 In the method according to the above aspect, in the step of growing the group III nitride lift-off layer, the group III nitride lift-off layer preferably includes a non-single-crystal group III nitride.
この方法によれば、III族窒化物リフトオフ層の成長温度をIII族窒化物半導体層の成長温度より低くして、非単結晶III族窒化物を含むようにIII族窒化物リフトオフ層を成長できる。このとき、リフトオフのためのエッチャントによるエッチングにおいて、III族窒化物リフトオフ層のエッチング速度を絶縁膜のエッチング速度より大きくできる。 According to this method, the growth temperature of the group III nitride lift-off layer can be made lower than the growth temperature of the group III nitride semiconductor layer, and the group III nitride lift-off layer can be grown so as to include the non-single crystal group III nitride. . At this time, in the etching using the etchant for lift-off, the etching rate of the group III nitride lift-off layer can be made larger than the etching rate of the insulating film.
上記の側面における方法では、III族窒化物リフトオフ層を成長する前記工程において、前記III族窒化物リフトオフ層は、III族窒化物微結晶、III族窒化物多結晶及びIII族窒化物アモルファスの少なくともいずれかを含むことが好ましい。これらの成長物は、リフトオフのためのエッチャントによるエッチングにおいて、III族窒化物リフトオフ層のエッチング速度を絶縁膜のエッチング速度より大きくできる。 In the method according to the above aspect, in the step of growing the group III nitride lift-off layer, the group III nitride lift-off layer includes at least a group III nitride microcrystal, a group III nitride polycrystal, and a group III nitride amorphous. It is preferable to include any of them. These growths can make the etching rate of the group III nitride lift-off layer larger than the etching rate of the insulating film in the etching with the etchant for lift-off.
上記の側面における方法では、前記III族窒化物リフトオフ層の成長温度は、摂氏200度より大きく摂氏600度より小さいことが好ましい。 In the method according to the above aspect, the growth temperature of the group III nitride lift-off layer is preferably greater than 200 degrees Celsius and less than 600 degrees Celsius.
この方法によれば、III族窒化物半導体層の成長温度が上記の温度範囲内であるとき、非単結晶III族窒化物を含むようにIII族窒化物リフトオフ層を成長できる。このとき、リフトオフのためのエッチャントによるエッチングにおいて、III族窒化物リフトオフ層のエッチング速度を絶縁膜のエッチング速度より大きくできる。 According to this method, when the growth temperature of the group III nitride semiconductor layer is within the above temperature range, the group III nitride lift-off layer can be grown so as to include the non-single crystal group III nitride. At this time, in the etching using the etchant for lift-off, the etching rate of the group III nitride lift-off layer can be made larger than the etching rate of the insulating film.
上記の側面における方法では、前記III族窒化物リフトオフ層の成長温度は、摂氏300度より大きく摂氏500度より小さいことが好ましい。 In the method according to the above aspect, the growth temperature of the III nitride lift-off layer is preferably greater than 300 degrees Celsius and less than 500 degrees Celsius.
この方法によれば、III族窒化物半導体層の成長温度が上記の温度範囲内であるとき、非単結晶III族窒化物を含むようにIII族窒化物リフトオフ層を成長できる。このとき、リフトオフのためのエッチャントによるエッチングにおいて、III族窒化物リフトオフ層のエッチング速度を絶縁膜のエッチング速度より大きくできる。 According to this method, when the growth temperature of the group III nitride semiconductor layer is within the above temperature range, the group III nitride lift-off layer can be grown so as to include the non-single crystal group III nitride. At this time, in the etching using the etchant for lift-off, the etching rate of the group III nitride lift-off layer can be made larger than the etching rate of the insulating film.
上記の側面における方法では、前記絶縁膜はシリコン系無機化合物を含むことが好ましい。シリコン系無機化合物がIII族窒化物の表面安定化のために好適である。上記の側面における方法では、前記絶縁膜は、シリコン酸化物、シリコン窒化物及びシリコン酸窒化物の少なくともいずれかを含むことができる。これらのシリコン系無機化合物を用いて、セルフアラインコンタクトを形成できる。 In the method according to the above aspect, the insulating film preferably contains a silicon-based inorganic compound. A silicon-based inorganic compound is suitable for stabilizing the surface of the group III nitride. In the method according to the above aspect, the insulating film can include at least one of silicon oxide, silicon nitride, and silicon oxynitride. Self-aligned contacts can be formed using these silicon-based inorganic compounds.
上記の側面における方法では、前記III族窒化物リフトオフ層の厚さは0nmより大きい。また、前記III族窒化物リフトオフ層の厚さは1000nm以下である。更に好ましくは、上記の側面における方法では、前記III族窒化物リフトオフ層の厚さは50nmより大きい。また、前記III族窒化物リフトオフ層の厚さは400nm以下である。 In the method according to the above aspect, the thickness of the group III nitride lift-off layer is greater than 0 nm. The group III nitride lift-off layer has a thickness of 1000 nm or less. More preferably, in the method according to the above aspect, the thickness of the group III nitride lift-off layer is greater than 50 nm. The thickness of the group III nitride lift-off layer is 400 nm or less.
上記の側面における方法では、前記III族窒化物半導体層の主面は、半極性面を含むことができる。この方法によれば、絶縁膜の開口に半極性面をセルフアラインに露出させることができる。上記の側面における方法では、前記III族窒化物半導体層の主面は無極性面のいずれかを含むことができる。この方法によれば、絶縁膜の開口に無極性面をセルフアラインに露出させることができる。 In the method according to the above aspect, the main surface of the group III nitride semiconductor layer may include a semipolar surface. According to this method, the semipolar surface can be exposed to self-alignment in the opening of the insulating film. In the method according to the above aspect, the main surface of the group III nitride semiconductor layer may include any nonpolar surface. According to this method, the nonpolar surface can be exposed to self-alignment in the opening of the insulating film.
上記の側面における方法では、前記III族窒化物半導体層の主面は、前記III族窒化物半導体層のc軸の方向に延びる基準軸に直交する平面に対して10度以上80度以下及び100度以上170度以下の範囲の傾斜角で傾斜していることができる。10度未満及び170度を越える角度では、極性面に起因する性質が露出面に強くなる。また、80度を越える或いは100度未満の角度では、無性面に起因する性質が露出面に強くなる。 In the method according to the above aspect, the main surface of the group III nitride semiconductor layer may be 10 degrees or more and 80 degrees or less and 100 degrees or less with respect to a plane orthogonal to a reference axis extending in the c-axis direction of the group III nitride semiconductor layer. It can be inclined at an inclination angle in the range of not less than 170 degrees and not more than 170 degrees. If the angle is less than 10 degrees or more than 170 degrees, the property due to the polar surface becomes stronger on the exposed surface. Further, when the angle exceeds 80 degrees or less than 100 degrees, the property due to the asexual surface becomes stronger on the exposed surface.
上記の側面における方法では、前記III族窒化物半導体層の主面は、前記III族窒化物半導体層のc軸の方向に延びる基準軸に直交する平面に対して80度を越える或いは100度未満の範囲の傾斜角で傾斜していることができる。80度〜100度未満の角度範囲では、無極性面に近い性質を利用できる。 In the method according to the above aspect, the main surface of the group III nitride semiconductor layer is more than 80 degrees or less than 100 degrees with respect to a plane orthogonal to a reference axis extending in the c-axis direction of the group III nitride semiconductor layer. It can be inclined at an inclination angle in the range of. In the angle range of 80 degrees to less than 100 degrees, a property close to a nonpolar plane can be used.
上記の側面における方法では、前記III族窒化物半導体層の主面の前記傾斜角は、63度以上80度以下及び100度以上117度以下の範囲の傾斜角で傾斜していることが好ましい。 In the method according to the above aspect, the inclination angle of the main surface of the group III nitride semiconductor layer is preferably inclined with an inclination angle in the range of 63 degrees to 80 degrees and 100 degrees to 117 degrees.
上記の側面における方法では、前記III族窒化物半導体層の主面は極性面を含むことができる。この方法によれば、絶縁膜の開口に極性面をセルフアラインに露出させることができる。 In the method according to the above aspect, the main surface of the group III nitride semiconductor layer may include a polar surface. According to this method, the polar surface can be exposed to self-alignment in the opening of the insulating film.
上記の側面における方法では、前記III族窒化物半導体層の主面は、前記III族窒化物半導体層のc軸の方向に延びる基準軸に直交する平面に対して10度未満或いは170度を越える角度の範囲の傾斜角で傾斜していることができる。10度未満及び170度を越える角度では、極性面に近い性質を利用できる。 In the method according to the above aspect, the main surface of the group III nitride semiconductor layer is less than 10 degrees or more than 170 degrees with respect to a plane orthogonal to a reference axis extending in the c-axis direction of the group III nitride semiconductor layer. It can be inclined at an inclination angle in the range of angles. At angles less than 10 degrees and greater than 170 degrees, properties close to the polar plane can be utilized.
本発明の更なる別の側面に係る発明は、セルフアラインコンタクトを有するIII族窒化物半導体素子である。このIII族窒化物半導体素子は、(a)第1及び第2の部分を含む第1のIII族窒化物半導体部と、前記第2の部分上に位置すると共に側面及び上面を有する凸形状の第2のIII族窒化物半導体部とを含むIII族窒化物半導体層と、(b)前記第1のIII族窒化物半導体部の前記第1の部分上に設けられると共に前記第2のIII族窒化物半導体部の前記側面にわたって接触を成す絶縁層と、(c)前記III族窒化物半導体層及び前記絶縁層上に設けられた第1の電極とを備える。前記第1の電極は、前記第2のIII族窒化物半導体部の前記上面にわたって接触を成すと共に、前記絶縁層の表面上設けられ、前記絶縁層はシリコン系無機化合物を含む。 The invention according to still another aspect of the present invention is a group III nitride semiconductor device having a self-aligned contact. The group III nitride semiconductor device includes: (a) a first group III nitride semiconductor portion including first and second portions; a convex shape located on the second portion and having side surfaces and an upper surface. A group III nitride semiconductor layer including a second group III nitride semiconductor portion; and (b) the second group III provided on the first portion of the first group III nitride semiconductor portion. An insulating layer in contact with the side surface of the nitride semiconductor portion; and (c) a group III nitride semiconductor layer and a first electrode provided on the insulating layer. The first electrode is in contact with the upper surface of the second group III nitride semiconductor portion and is provided on the surface of the insulating layer, and the insulating layer includes a silicon-based inorganic compound.
このIII族窒化物半導体素子によれば、セルフアラインコンタクトをIII族窒化物半導体素子に提供できる。このセルフアラインコンタクトの開口は、信頼性を提供できるシリコン系無機化合物の開口により規定される。また、このセルフアラインコンタクトは、上記側面に係る方法により作製できる。該方法では、凸形状の第2のIII族窒化物半導体部の上面と電極との接触抵抗は1×10−3Ω・cm未満であることができる。 According to this group III nitride semiconductor device, a self-aligned contact can be provided to the group III nitride semiconductor device. The opening of this self-aligned contact is defined by the opening of a silicon-based inorganic compound that can provide reliability. Further, the self-alignment contact can be produced by the method according to the above-described side surface. In this method, the contact resistance between the upper surface of the convex second group III nitride semiconductor portion and the electrode can be less than 1 × 10 −3 Ω · cm.
本発明の更なる別の側面に係るIII族窒化物半導体素子では、前記第1の電極はパラジウム電極を含むことができる。このIII族窒化物半導体素子によれば、良好な接触抵抗を実現できる。 In the group III nitride semiconductor device according to still another aspect of the present invention, the first electrode may include a palladium electrode. According to this group III nitride semiconductor device, good contact resistance can be realized.
本発明の更なる別の側面に係るIII族窒化物半導体素子は、III族窒化物半導体層を搭載するIII族窒化物基板と、前記III族窒化物基板の裏面上に設けられた第2の電極とを更に備えることができる。前記III族窒化物基板は導電性を有する。このIII族窒化物半導体素子によれば、縦型構造の半導体素子が提供される。 A group III nitride semiconductor device according to still another aspect of the present invention includes a group III nitride substrate on which a group III nitride semiconductor layer is mounted, and a second group provided on the back surface of the group III nitride substrate. An electrode. The group III nitride substrate has conductivity. According to this group III nitride semiconductor device, a semiconductor device having a vertical structure is provided.
本発明の更なる別の側面に係るIII族窒化物半導体素子では、当該III族窒化物半導体素子はレーザダイオードであり、前記凸部は前記半導体レーザのリッジである。前記絶縁膜の屈折率は前記III族窒化物半導体層の屈折率より小さい。このIII族窒化物半導体素子によれば、リッジと、該リッジの上面へのセルフアラインコンタクトとの両方をレーザダイオードに提供できる。これ故に、レーザダイオードは、良好な電流閉じ込め性及び光閉じ込め性を有する。 In the group III nitride semiconductor device according to still another aspect of the present invention, the group III nitride semiconductor device is a laser diode, and the convex portion is a ridge of the semiconductor laser. The insulating film has a refractive index smaller than that of the group III nitride semiconductor layer. According to this group III nitride semiconductor device, both the ridge and the self-aligned contact to the upper surface of the ridge can be provided to the laser diode. Therefore, the laser diode has a good current confinement property and light confinement property.
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。 The above and other objects, features, and advantages of the present invention will become more readily apparent from the following detailed description of preferred embodiments of the present invention, which proceeds with reference to the accompanying drawings.
以上説明したように、本発明によれば、III族窒化物の露出エリアを絶縁膜の開口に対して良好な位置制御性で形成できる、III族窒化物半導体発光素子を作製する方法を提供できる。また、本発明によれば、III族窒化物の露出エリアを絶縁膜の開口に対して良好な位置制御性で形成できると共に、この露出エリア上に良好な接触特性で電極を形成できる、III族窒化物半導体素子のための電極を形成する方法を提供できる。さらに、本発明によれば、III族窒化物の露出エリアを絶縁膜の開口に対して良好な位置制御性で位置合わせされた電極を有するIII族窒化物半導体素子を提供できる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a group III nitride semiconductor light-emitting device capable of forming an exposed area of group III nitride with good position controllability with respect to the opening of the insulating film. . Further, according to the present invention, the exposed area of the group III nitride can be formed with good position controllability with respect to the opening of the insulating film, and an electrode can be formed on the exposed area with good contact characteristics. A method of forming an electrode for a nitride semiconductor device can be provided. Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide a group III nitride semiconductor device having an electrode in which the exposed area of group III nitride is aligned with good position controllability with respect to the opening of the insulating film.
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明のIII族窒化物半導体発光素子及び基板生産物を作製する方法、III族窒化物半導体素子のための電極を形成する方法、基板生産物並びにIII族窒化物半導体素子に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。 The knowledge of the present invention can be easily understood by considering the following detailed description with reference to the accompanying drawings shown as examples. Subsequently, with reference to the accompanying drawings, the Group III nitride semiconductor light-emitting device and the method of manufacturing the substrate product of the present invention, the method of forming an electrode for the Group III nitride semiconductor device, the substrate product and the Group III An embodiment relating to a nitride semiconductor device will be described. Where possible, the same parts are denoted by the same reference numerals.
図1及び図2は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子及び基板生産物を作製する方法並びに電極を形成する方法における工程フローを示す図面である。図3〜図7は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体発光素子及び基板生産物を作製する方法並びに電極を形成する方法における主要な工程を示す図面である。 1 and 2 are drawings showing a process flow in a method for producing a group III nitride semiconductor light emitting device and a substrate product and a method for forming an electrode according to the present embodiment. 3 to 7 are drawings showing main steps in a method for producing a group III nitride semiconductor light emitting device and a substrate product and a method for forming an electrode according to the present embodiment.
図1を参照すると、工程S101では基板を準備する。この基板上に、良好なIII族窒化物半導体層の成長を行う。このために、基板は、III族窒化物からなる主面を有しており、III族窒化物としては、例えばGaN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN等であることができる。III族窒化物主面の面方位として、極性面、半極性面及び無極性面のいずれかであることができる。 Referring to FIG. 1, a substrate is prepared in step S101. A good group III nitride semiconductor layer is grown on this substrate. For this purpose, the substrate has a main surface made of a group III nitride, and the group III nitride can be, for example, GaN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, or the like. The plane orientation of the group III nitride main surface can be any of a polar plane, a semipolar plane, and a nonpolar plane.
工程S102では、成長炉10aにおいてIII族窒化物層を基板上に成長する。III族窒化物の成長は、例えば有機金属気相成長法等で行われることができるが、これに限定されるものではない。まず、工程S103において、III族窒化物半導体からなるエピタキシャル領域を基板上に成長する。
In step S102, a group III nitride layer is grown on the substrate in the
具体的には、工程S104において、図3(a)に示されるように、基板11を成長炉10aに配置する。工程105では、図3(a)に示されるように、成長炉10aを用いて、半導体積層13を基板上にエピタキシャルに成長する。半導体積層13は、一又は複数のIII族窒化物半導体層を含む。III族窒化物半導体素子が例えば発光素子であるとき、半導体積層13の形成のために、第1導電型クラッド層(例えばn型InAlGaN層)15、第1の光ガイド層17(例えばアンドープGaN層)、活性層19、キャリアブロック層(例えばAlGaN電子ブロック層)21、第2の光ガイド層(例えばアンドープGaN層)23及びp型クラッド層(例えばp型InAlGaN層)25を成長する。活性層19は、例えばGaN障壁層及びInGaN井戸層を含むことができる。
Specifically, in step S104, the
工程S106では、図3(a)に示されるように、成長炉10aを用いて、半導体積層13上にIII族窒化物半導体層27を成長して、エピタキシャル領域29を形成する。III族窒化物半導体素子が例えば発光素子であるときは、III族窒化物半導体層27は例えばコンタクト層(例えばp型GaN層)である。これらの工程により、エピタキシャル基板EPが作製される。エピタキシャル基板EPは、基板11と、基板11上に設けられたエピタキシャル領域29とを含む。エピタキシャル基板EPの作製において、III族窒化物半導体からなるピタキシャル層15、17、19、21、23、25、27の成長温度は、摂氏700度以上であることができ、また摂氏1100度以下であることができる。
In step S106, as shown in FIG. 3A, the group III
III族窒化物半導体層27を成長した後に、工程S107においてエピタキシャル基板EPの基板温度を下げる。工程S108において、成長炉10aを用いてエピタキシャル基板EP上にIII族窒化物リフトオフ層31を成長する。III族窒化物リフトオフ層31の成長は、低温成長なので、エピタキシャル成長ではない。これらの工程により、基板生産物SPが作製される。基板生産物SPは、基板11と、III族窒化物領域33とを含む。III族窒化物領域33は、エピタキシャル基板EPと、この上に設けられたIII族窒化物リフトオフ層31とを含む。
After growing the group III
III族窒化物リフトオフ層31を作製した後に、工程S109において基板生産物SPを成長炉10aから取り出す。この後に、工程S110において、リフトオフ工程を行う。リフトオフ工程では、III族窒化物リフトオフ層31にパターン形成が成され、パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層の選択的なエッチングが行われる。このエッチングを所望の質で行うために、III族窒化物リフトオフ層31の作製は、後ほど説明されるように行われる。
After producing the group III nitride lift-
リフトオフ工程110を説明する。工程S111では、図4(a)に示されるように、成長炉10bを用いて基板生産物SP上にマスク膜35を成長して、別の基板生産物SP1を形成する。マスク膜35は、例えばシリコン系無機絶縁膜(具体的には、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物)等であることができる。マスク膜35の成膜は、例えばプラズマCVD法で行われる。
The lift-off process 110 will be described. In step S111, as shown in FIG. 4A, a
工程S112では、図4(b)に示されるように、開口を規定するパターンを有するレジストマスク37を形成する。工程S113では、図4(b)に示されるように、レジストマスク37を用いてマスク膜35を加工装置10cでドライエッチングして、マスク(パターン形成されたマスク膜)35aを形成する。レジストマスク37のパターンがマスク膜35に転写される。このエッチングは、例えばドライエッチング法で行われる。このエッチングの後に、レジストマスク37を除去する。
In step S112, as shown in FIG. 4B, a resist
工程S114では、図5(a)に示されるように、マスク35aを用いてIII族窒化物リフトオフ層31をドライエッチングして、パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層31aを形成する。ドライエッチングにはエッチング装置10dが用いられる。マスク35aのパターンがIII族窒化物リフトオフ層31に転写される。このエッチングは、例えばドライエッチング法で行われる。この工程により、III族窒化物領域33aが形成される。
In step S114, as shown in FIG. 5A, the group III nitride lift-
工程S115では、図5(b)及び図6(a)に示されるように、マスク35aを用いてエピタキシャル領域29を加工装置10eでドライエッチングして、パターン形成されたIII族窒化物半導体領域(エピタキシャル領域)を形成する。マスク35aのパターンがIII族窒化物半導体領域29に転写される。このエッチングは、例えばテトラメチルアンモニウムで行われる。本実施例では、この加工により、図5(b)に示されるように、コンタクト層27をエッチングして、パターン形成されたコンタクト層27aを形成する。この工程により、III族窒化物領域33b及びエピタキシャル領域29aが形成される。次いで、図6(a)に示されるように、クラッド層25をエッチングして、パターン形成されたクラッド層25aを形成する。この工程により、III族窒化物領域33c及びエピタキシャル領域29bが形成される。必要な場合には、さらにエピタキシャル領域を加工できる。
In step S115, as shown in FIG. 5B and FIG. 6A, the
工程S116では、図6(b)に示されるように、成膜装置11fを用いて絶縁膜39を成長する。絶縁膜39は、マスク35a、パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層31a及びパターン形成されたIII族窒化物半導体領域33c上に成長される。絶縁膜39の屈折率はIII族窒化物半導体層27、25、23、21、19、17、15の屈折率より小さい。絶縁膜39は、例えばパターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層31aの側面が露出されるような厚さに成膜される。これ故に、絶縁膜39は、マスク35a上に成膜される第1の部分39aと、パターン形成されたIII族窒化物半導体領域33c上に成膜される第2の部分39bとを含む。第1の部分39aは第2の部分39bから分離されている、或いは絶縁膜39の開口によりパターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層31aの側面が露出される。この形態の絶縁膜39により、リフトオフの適用が可能になる。
In step S116, as shown in FIG. 6B, the insulating
絶縁膜39はシリコン系無機化合物を含むことが好ましい。シリコン系無機化合物がIII族窒化物の表面安定化のために好適である。上記の側面における方法では、絶縁膜39は、シリコン酸化物、シリコン窒化物及びシリコン酸窒化物の少なくともいずれかを含むことができる。これらのシリコン系無機化合物を用いて、セルフアラインコンタクトを形成できる。
The insulating
工程S117では、図7(a)に示されるように、リフトオフのためのエッチングを行う。パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層31aを絶縁膜39に対してエッチャントを用いて選択的にエッチングして、リフトオフ法により、開口39cを有する絶縁膜39bを形成する。このエッチングにおいて、III族窒化物リフトオフ層31aのエッチング速度は絶縁膜39のエッチング速度より大きい。これ故に、パターン形成されたIII族窒化物半導体領域29bの上面29dが開口39cに露出される。絶縁膜39bが、パターン形成されたエピタキシャル領域29bの側面29e及び側方面29fを覆う。
In step S117, as shown in FIG. 7A, etching for lift-off is performed. The patterned group III nitride lift-
また、上記のエッチングにおいて、III族窒化物半導体層27のエッチング速度は、III族窒化物リフトオフ層31aのエッチング速度より小さい。これ故に、十分なエッチングにより、III族窒化物リフトオフ層31aを確実に取り除くことができる。
In the etching described above, the etching rate of the group III
この方法によれば、パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層31a及びパターン形成されたIII族窒化物半導体領域29bを形成した後に、マスク35a、パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層31a及びパターン形成されたIII族窒化物半導体領域29a上に絶縁膜39を成長する。この後に、リフトオフ法により、パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層31aを絶縁膜39に対してエッチャントを用いて選択的に除去する。III族窒化物リフトオフ層31aの成長温度をIII族窒化物半導体エピタキシャル層27、25、23、21、19、17、15の成長温度より低くして、リフトオフのためのエッチングにおいてIII族窒化物リフトオフ層31のエッチング速度を絶縁膜39のエッチング速度より大きくできる。これ故に、リフトオフ工程により、絶縁膜39は、開口39cを有するようにパターン形成され、この開口27cにセルフアライン(自己整合的)にIII族窒化物半導体領域29bが露出される。
According to this method, after forming the patterned group III nitride lift-
また、基板生産物SPの形成では、III族窒化物半導体層27上に類似のIII族窒化物リフトオフ層31を成長するので、III族窒化物半導体層27は、リフトオフ工程で露出されるまで類似のIII族窒化物リフトオフ層27により覆われているので、この方法によれば、III族窒化物半導体層27の上面(上面の一部が露出面となる)27bへ良好な保護が提供される。
Further, in the formation of the substrate product SP, a similar group III nitride lift-
さらに、III族窒化物半導体層27の屈折率より小さい屈折率の絶縁膜39の開口39cに、リッジ構造のためにパターン形成されたIII族窒化物半導体領域29bが露出されるので、III族窒化物半導体素子が発光素子であるとき、良好な電流閉じ込め性及び光閉じ込め性を有するIII族窒化物半導体発光素子を作製できる。
Further, the group III
III族窒化物リフトオフ層31は、AlN、AlGaN、AlInN及びInAlGaNの少なくともいずれか一つを含むことが好ましい。III族窒化物リフトオフ層31がIII族構成元素としてアルミニウムを含むとき、リフトオフのためのエッチングにおいて所定のエッチャントを用いて所望の選択比を得ることができる。また、III族窒化物リフトオフ層31は、InXAlYGa1―X−YN(0≦X<1、0<Y≦1、0<X+Y≦1)を含み、III族窒化物リフトオフ層31のアルミニウム組成Yは0.5以上1.0以下であることが好ましい。III族窒化物リフトオフ層31が上記のAl組成範囲を有するとき、このIII族窒化物リフトオフ層31のウエットエッチングが容易である。III族窒化物リフトオフ層31を成長する工程において、III族窒化物リフトオフ層31は非単結晶III族窒化物を含むことが好ましい。III族窒化物リフトオフ層31の成長温度をIII族窒化物半導体層31の成長温度より低くして、非単結晶III族窒化物を含むようにIII族窒化物リフトオフ層31を成長できる。このとき、リフトオフのためのエッチャントによるエッチングにおいて、III族窒化物リフトオフ層31のエッチング速度を絶縁膜のエッチング速度より大きくできる。
The group III nitride lift-
III族窒化物リフトオフ層31を成長する工程において、III族窒化物リフトオフ層31は、III族窒化物微結晶、III族窒化物多結晶及びIII族窒化物アモルファスの少なくともいずれかを含むことが好ましい。これらの成長物は、リフトオフのためのエッチャントによるエッチングにおいて、III族窒化物リフトオフ層31のエッチング速度を絶縁膜39のエッチング速度より大きくできる。
In the step of growing the group III nitride lift-
III族窒化物リフトオフ層31の成長温度は、摂氏200度より大きく摂氏600度より小さいことが好ましい。III族窒化物半導体層27、25、23、21、19、17、15の成長温度が上記の温度範囲であるとき、非単結晶III族窒化物を含むようにIII族窒化物リフトオフ層31を成長できる。このとき、リフトオフのためのエッチャントによるエッチングにおいて、III族窒化物リフトオフ層31のエッチング速度を絶縁膜39のエッチング速度より大きくできる。
The growth temperature of the group III nitride lift-
III族窒化物リフトオフ層31の成長温度は、摂氏300度より大きく摂氏500度より小さいことが好ましい。III族窒化物リフトオフ層31の成長温度が上記の温度範囲内であるとき、非単結晶III族窒化物を含むようにIII族窒化物リフトオフ層31を成長できる。このとき、リフトオフのためのエッチャントによるエッチングにおいて、III族窒化物リフトオフ層31のエッチング速度を絶縁膜のエッチング速度より大きくできる。
The growth temperature of the group III nitride lift-
III族窒化物リフトオフ層31の厚さは0nmより大きく、またIII族窒化物リフトオフ層31の厚さは1000nm以下である。より好ましくは、III族窒化物リフトオフ層31の厚さは50nmより大きい。また、III族窒化物リフトオフ層31の厚さは400nm以下である。
The thickness of the group III nitride lift-
本実施の形態における方法では、必要な場合には、III族窒化物半導体層27上にIII族窒化物リフトオフ層31を成長した後に成長炉10aから基板生産物を取り出してリフトオフ法を適用した後に、図7(b)に示されるように、工程S118で、パターン形成されたIII族窒化物半導体領域の露出面29d(27b)上に電極41を形成することができる。
In the method according to the present embodiment, if necessary, after the group III nitride lift-
成長炉10aを用いてIII族窒化物半導体層27の成長を行った後に、このエピタキシャル基板を大気にさらすことなく、成長炉10aを用いてIII族窒化物リフトオフ層31の成長を行われる。これ故に、III族窒化物リフトオフ層31は、電極41が接触を成すIII族窒化物半導体領域29の表面全体を覆っている。このため、成長炉10aから基板生産物が取り出されたとき、パターン形成されたIII族窒化物半導体領域29bにおいて露出面29dとなるエリアが、大気にさらされることはない。
After the group III
この方法によれば、パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層31a及びIII族窒化物半導体領域29bを形成した後に、マスク35a並びにパターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層31a及びIII族窒化物半導体領域29b上に絶縁膜39を成長する。この後に、リフトオフ法により、パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層31aを絶縁膜39に対してエッチャントを用いて選択的に除去する。これ故に、リフトオフ工程により、絶縁膜39は、開口39cを有するようにパターン形成され、この開口39cにセルフアライン(自己整合的)にIII族窒化物半導体領域29bが露出される。
According to this method, after forming the patterned group III nitride lift-
また、自己整合的に規定された露出面29d上に電極39を形成するとき、コンタクト面積を制御性良く規定できる。
Further, when the
さらに、基板生産物の形成では、III族窒化物半導体層29上に類似のIII族窒化物リフトオフ層31を成長するので、III族窒化物半導体層29は、リフトオフ工程で露出されるまで類似のIII族窒化物リフトオフ層31により覆われているので、III族窒化物半導体層27a(29b)の露出面27b(29d)へ良好な保護が提供される。
Furthermore, in the formation of the substrate product, a similar group III nitride lift-
また、この方法によれば、III族窒化物リフトオフ層は、III族窒化物半導体領域の表面全体を覆っている。これ故に、成長炉から基板生産物が取り出されたとき、パターン形成されたIII族窒化物半導体領域において露出面となるエリアが、大気にさらされることはない。このため、露出面に残存する酸素濃度を低減できる。この結果、コンタクト抵抗のばらつきを低減して、コンタクト抵抗の安定性を増すことができる。 Further, according to this method, the group III nitride lift-off layer covers the entire surface of the group III nitride semiconductor region. Therefore, when the substrate product is taken out from the growth furnace, the exposed area in the patterned group III nitride semiconductor region is not exposed to the atmosphere. For this reason, the oxygen concentration remaining on the exposed surface can be reduced. As a result, contact resistance variation can be reduced and contact resistance stability can be increased.
(実施例1):電極形成のプロセス
上記の作製方法において、Mgドープp型GaNコンタクト膜及びp型AlGaNクラッド膜をストライプ状(リッジ形状)に加工した後に、AlGaNリフトオフ層を用いて開口を有するシリコン酸化膜を形成した。p型GaN自己整合コンタクト層上に以下の電極を形成した。p型GaN層及びシリコン酸化膜上に、パラジウム層(例えば厚さ50nm)を例えば蒸着法により成長した。リフトオフにより、パラジウム層をストライプ形成に加工してパラジウム電極を形成した後に、パッド電極の形成のためチタン層(例えば厚さ5nm)及び金層(例えば厚さ30nm)を蒸着法により形成した。このパラジウム電極に替えて、他に金、タングステン、白金等でも良好な電極を形成することができた。
(Example 1): Electrode formation process In the above manufacturing method, after processing the Mg-doped p-type GaN contact film and the p-type AlGaN clad film into a stripe shape (ridge shape), an opening is formed using an AlGaN lift-off layer. A silicon oxide film was formed. The following electrodes were formed on the p-type GaN self-aligned contact layer. On the p-type GaN layer and the silicon oxide film, a palladium layer (for example, a thickness of 50 nm) was grown by, for example, a vapor deposition method. After the palladium layer was processed into a stripe formation by lift-off to form a palladium electrode, a titanium layer (for example, 5 nm in thickness) and a gold layer (for example, 30 nm in thickness) were formed by vapor deposition to form a pad electrode. In place of the palladium electrode, a good electrode could be formed using gold, tungsten, platinum or the like.
表面酸化膜及び酸素濃度が接触抵抗に与える影響を調べた。AlGaNリフトオフ層を使用しない作製方法では、コンタクト抵抗で10−2Ω・cm程度であった。この方法では、p型GaNコンタクト層がフォトリソグラフィ法や洗浄工程で酸化されてしまう。表面酸化膜厚は、例えば6nm程度であった。この自然酸化膜の形成により良好なオーミック電極が形成できなかったと考えられる。この自然酸化膜に起因する技術的な課題を克服するために、洗浄工程を工夫したけれども、所望の結果を得ることができなかった。本実施形態の方法により技術的な課題が解決された。p型GaNコンタクト層、AlGaNリフトオフ層を一連の成長で形成するとき、p型GaNコンタクト層は酸化されず、非常に良好なオーミック電極を形成することが可能となった。この場合の接触抵抗は、10−3Ω・cm未満であり、10−4Ω・cm程度オーダの値まで低減された。 The effects of surface oxide film and oxygen concentration on contact resistance were investigated. In the manufacturing method not using the AlGaN lift-off layer, the contact resistance was about 10 −2 Ω · cm. In this method, the p-type GaN contact layer is oxidized by a photolithography method or a cleaning process. The surface oxide film thickness was about 6 nm, for example. It is considered that a good ohmic electrode could not be formed due to the formation of this natural oxide film. In order to overcome the technical problem caused by the natural oxide film, the cleaning process has been devised, but a desired result could not be obtained. The technical problem has been solved by the method of the present embodiment. When the p-type GaN contact layer and the AlGaN lift-off layer are formed by a series of growths, the p-type GaN contact layer is not oxidized, and a very good ohmic electrode can be formed. The contact resistance in this case was less than 10 −3 Ω · cm, and was reduced to a value on the order of 10 −4 Ω · cm.
(実施例2)
n型GaN基板上に成長させたLD構造の上に、摂氏400度といった低温で、厚さ200nmのAlGaNを成長してAlGaNリフトオフ層を成膜した。AlGaNリフトオフ層上に、厚さ200nmのSiO2をプラズマCVD法で堆積した。その後、フォトリソグラフィ技術により2マイクロメートル幅のストライプ状のレジストマスクを形成した。次いで、反応性イオンエッチング(RIE)によるドライエッチング(エッチャント:CF4ガス)によりSiO2を除去して、絶縁膜マスクを作製した。レジストを有機洗浄により除去した後に、絶縁膜マスクを用いて、ドライエッチング(エッチャント:Cl2/N2混合ガス)によりAlGaNリフトオフ層及びこの直下のGaN系エピタキシャル層をエッチングして、リッジ構成の形成のための加工を行った。さらに、電子ビーム蒸着法により、厚さ200nmのSiO2を堆積した。アルカリ系のウエットエッチャント(例えばポジ用現像液:テトラメチルアンモニウム等)により、AlGaNリフトオフ層をこの直下のGaN系エピタキシャル層に対して選択的にリフトオフし、リッジ上部に開口を形成した。リッジ上部に開口を形成した後に、リッジ上部にp側オーミック電極を蒸着した。
(Example 2)
On the LD structure grown on the n-type GaN substrate, AlGaN having a thickness of 200 nm was grown at a low temperature of 400 degrees Celsius to form an AlGaN lift-off layer. On the AlGaN lift-off layer, SiO 2 having a thickness of 200 nm was deposited by plasma CVD. Thereafter, a stripe resist mask having a width of 2 micrometers was formed by photolithography. Next, SiO 2 was removed by dry etching (etchant: CF 4 gas) by reactive ion etching (RIE) to produce an insulating film mask. After removing the resist by organic cleaning, the GaN structure is formed by etching the AlGaN lift-off layer and the GaN-based epitaxial layer immediately below this by dry etching (etchant: Cl 2 / N 2 mixed gas) using an insulating film mask. Processing was done for. Furthermore, SiO 2 having a thickness of 200 nm was deposited by electron beam evaporation. The AlGaN lift-off layer was selectively lifted off with respect to the GaN-based epitaxial layer directly below by an alkaline wet etchant (for example, positive developer: tetramethylammonium, etc.) to form an opening above the ridge. After forming an opening on the ridge, a p-side ohmic electrode was deposited on the ridge.
発明者らの実験によれば、AlXGa1−XNリフトオフ層におけるAl組成の範囲は、0<X≦1であれば良く、好ましくは0.5≦X≦1が良い。この組成範囲では、AlGaNのウエットエッチングがさらに容易となる。AlGaNリフトオフ層の成長温度Tは、例えば摂氏200度より大きく摂氏600度未満の範囲であれば良く、好ましくは摂氏300度より大きく摂氏500度未満の範囲が良い。この成膜温度の範囲では、AlGaNは、ウエットエッチングが容易なとなる多結晶となる。AlGaNリフトオフ層の膜厚Dでは、0<D<1000nmであれば良く、好ましくは、ウエットエッチングを容易とするために、厚さ50nm≦Dが良く。ドライエッチングの精度を得るために、厚さD≦400nmが良い。 According to the experiments by the inventors, the range of the Al composition in the Al X Ga 1-X N lift - off layer may be 0 <X ≦ 1, and preferably 0.5 ≦ X ≦ 1. In this composition range, wet etching of AlGaN is further facilitated. The growth temperature T of the AlGaN lift-off layer may be in the range of, for example, greater than 200 degrees Celsius and less than 600 degrees Celsius, and preferably in the range of greater than 300 degrees Celsius and less than 500 degrees Celsius. In this film forming temperature range, AlGaN becomes polycrystalline that facilitates wet etching. The film thickness D of the AlGaN lift-off layer may be 0 <D <1000 nm, and preferably 50 nm ≦ D in order to facilitate wet etching. In order to obtain the accuracy of dry etching, the thickness D ≦ 400 nm is preferable.
本実施の形態では,III族窒化物半導体のレーザダイオード構造を加工している。窒化ガリウム系レーザダイオードでは、屈折率導波型(リッジ型)が主流である。しかしながら、これまでの加工方法では、所望の再現性が得られなかった。本実施の形態をレーザダイオードの作製に適用したとき、簡便なリッジ構造を実現できる。発明者らの実験によれば、GaN系レーザダイオードのためのエピタキシャル基板をリッジ型にプロセス加工する際のマスク材料として、ウエットエッチングで除去可能なAlGaNが有効であることを見出した。このリッジ加工方法は、GaN系レーザダイオードのためのエピタキシャル基板に低温でAlGaNリフトオフ層を成膜した後に、SiO2膜として堆積し、レジストマスクを用いてレーザストライプのためのパターニングをSiO2膜に行った。このSiO2マスクを用いて、AlGaN/GaNをドライエッチングで除去した。この後に、パッシベーションのための絶縁膜を基板生産物の全面に成膜した。AlGaNリフトオフ層をウエットエッチングでリフトオフし、リッジ構造をレーザダイオード構造の上部を開口した。 In the present embodiment, a laser diode structure of a group III nitride semiconductor is processed. In gallium nitride laser diodes, the refractive index guided type (ridge type) is the mainstream. However, the desired reproducibility could not be obtained with the conventional processing methods. When this embodiment is applied to the manufacture of a laser diode, a simple ridge structure can be realized. According to experiments by the inventors, it has been found that AlGaN that can be removed by wet etching is effective as a mask material when an epitaxial substrate for a GaN-based laser diode is processed into a ridge type. The ridge processing method, after forming the AlGaN liftoff layer at a low temperature epitaxial substrate for the GaN-based laser diode, is deposited as a SiO 2 film, a SiO 2 film patterning for laser stripe by using a resist mask went. Using this SiO 2 mask, AlGaN / GaN was removed by dry etching. Thereafter, an insulating film for passivation was formed on the entire surface of the substrate product. The AlGaN lift-off layer was lifted off by wet etching, and the ridge structure was opened at the top of the laser diode structure.
先行技術で使用されたジルコニウム酸化物を用いるとき、Zr/GaN界面の形成後に、この界面のZrOを容易には除去できず、加工残渣が発生していた。本実施例では、加工残渣が生じることがない。容易に自己整合構造を半導体デバイスに作製可能である。 When using the zirconium oxide used in the prior art, after the formation of the Zr / GaN interface, ZrO at this interface could not be easily removed, and a processing residue was generated. In this embodiment, no processing residue is generated. A self-aligned structure can be easily fabricated in a semiconductor device.
このように、III属窒化物半導体の加工が容易となった。一例として作製したリッジ構造のレーザダイオードの作製では、先行技術と比較して加工残渣が少ない。これ故に、半導体デバイスの信頼性が高く、且つ、リッジ形状の形成及び接触抵抗において優れた再現性を示す。レーザダイオードは低閾値電流を有する。 Thus, the processing of the group III nitride semiconductor is facilitated. In manufacturing a ridge structure laser diode manufactured as an example, there are fewer processing residues than in the prior art. Therefore, the reliability of the semiconductor device is high, and excellent reproducibility is exhibited in the formation of the ridge shape and the contact resistance. The laser diode has a low threshold current.
本実施の形態は、c面GaN基板上に成長されたエピタキシャル領域にだけでなく、(10-1-1)面、(10-1-3)面、(11-22)面等の半極性面、並びにm面及びa面等の非極性面上に成長されたエピタキシャル領域でも適用可能である。本実施の形態は、III族窒化物半導体の加工方法を提供するものであり、上記実施例では、レーザダイオードのためのエピタキシャル積層構造をリッジ形状に加工を行ったが、本実施の形態は、レーザダイオードだけでなく発光ダイオードといった発光デバイスに適用でき、またトランジスタ、ショットキダイオード、pn接合ダイオード等の電子デバイスにも適用可能である。 In this embodiment, not only the epitaxial region grown on the c-plane GaN substrate but also semipolarity such as (10-1-1) plane, (10-1-3) plane, (11-22) plane, etc. It is also applicable to epitaxial regions grown on non-polar planes such as planes and m-planes and a-planes. The present embodiment provides a method for processing a group III nitride semiconductor. In the above example, the epitaxial multilayer structure for the laser diode was processed into a ridge shape. The present invention can be applied not only to laser diodes but also to light emitting devices such as light emitting diodes, and also to electronic devices such as transistors, Schottky diodes, and pn junction diodes.
III族窒化物半導体層27aの主面27bは半極性面を含むことができる。絶縁膜39の開口39cに半極性面をセルフアラインに露出させることができる。III族窒化物半導体層27aの主面27bは無極性面のいずれかを含むことができる。絶縁膜39の開口39cに無極性面をセルフアラインに露出させることができる。III族窒化物半導体層27aの主面27bは、例えば{20−21}面、{10−11}面、{20−2−1}面、及び{10−1−1}面のいずれかの面であることができる。
The
III族窒化物半導体層27aの主面27bは、III族窒化物半導体層27aのc軸の方向に延びる基準軸に直交する平面に対して10度以上80度以下及び100度以上170度以下の範囲の傾斜角で傾斜していることができる。10度未満及び170度を越える角度では、極性面に起因する性質が露出面に強くなる。また、80度を越える或いは100度未満の角度では、無性面に起因する性質が露出面29dに強くなる。
The
III族窒化物半導体層27aの主面27bは、III族窒化物半導体層27aのc軸の方向に延びる基準軸に直交する平面に対して80度を越える或いは100度未満の範囲の傾斜角で傾斜していることができる。80度〜100度未満の角度範囲では、露出面29dにおいて無極性面に近い性質を利用できる。
The
III族窒化物半導体層27、27aの主面27bの傾斜角は、63度以上80度以下及び100度以上117度以下の範囲の傾斜角で傾斜していることが好ましい。傾斜角が63度以上であるとき、平坦性の高い結晶を成長しやすい。傾斜角が80度以下であるとき、傾斜を利用したドーピング効率向上を望める。傾斜角が100度以上であるとき、リッジ形状の左右対称性が良い。傾斜角が117度以下であるとき、良好な活性層を成長しやすい。
The inclination angle of
III族窒化物半導体層27aの主面27bは極性面を含むことができる。絶縁膜39の開口39cに極性面をセルフアラインに露出させることができる。
The
III族窒化物半導体層27aの主面27bは、III族窒化物半導体層27、27aのc軸の方向に延びる基準軸に直交する平面に対して10度未満或いは170度を越える角度の範囲の傾斜角で傾斜していることができる。10度未満及び170度を越える角度では、極性面に近い性質を利用できる。
The
図8は、実施例におけるIII族窒化物半導体素子の一例を示す図面である。セルフアラインコンタクトを有するレーザダイオードLDでは、導電性を有するIII族窒化物基板上、例えばGaN支持基体61の主面61a上にIII族窒化物半導体(エピタキシャル半導体)領域63を形成する。このエピタキシャル半導体領域63はLD構造を有する。エピタキシャル半導体領域63は、n型AlGaNクラッド層65、n型GaN光ガイド層67a、アンドープInGaN光ガイド層67b、活性層69、アンドープInGaN光ガイド層71b、p型GaN光ガイド層71a、p型AlGaNクラッド層73、p型GaNコンタクト層75を含む。これらの半導体層(LD構造)は、支持基体61の主面61aの法線軸Bxの方向に配列されている。リッジ構造77は、p型GaN光ガイド層71a、p型AlGaNクラッド層73、及びp型GaNコンタクト層75を含む。p型GaNコンタクト層75にはアノード電極79aが接合を成し、またGaN支持基体61の裏面61bにはカソード電極79bが接合を成す。波長500nm以上のレーザ発振を提供するレーザダイオードLDにおいて電流狭窄するために、図8に示されるリッジ構造を形成する。リッジ構造77の表面77cは、リッジ構造77の頂面77dを除いて絶縁膜81で覆われている。リッジ構造77の形成のために、エピタキシャル基板上にフォトリソグラフィ法でストライプ状のマスクを形成する。このマスクを形成した後に、エピタキシャル基板のp型コンタクト層、p型クラッド層、及び光ガイド層の少なくとも一部分をドライエッチングにより除去して、リッジ構造77を形成した。リッジ構造77は、リッジ部77a並びに第1及び第2の側部77bを含む。リッジ部77aは所定の軸の方向に延在すると共に、第1及び第2の側部77bはそれぞれリッジ部77aの第1及び第2側においてリッジ部77aに隣接して所定の軸Axの方向に延在する。リッジ部77aは第1及び第2の側部77bの間に位置する。リッジ部77aは頂面77d及び側面77e、77fを含む。側面77e、77fの各々は、頂面77dに対して傾斜しており、また側部77bの主面に対して傾斜している。リッジ部の形成の後に、リッジ部77a並びに第1及び第2の側部77bの表面77c上に、絶縁膜81を含む閉じ込め部を形成する。閉じ込め部はリッジ部を埋め込みむように形成しているが、この形態に限定されるものではない。絶縁膜81の材料として、例えば酸化シリコンを用いる。本実施例では、その後、マスクをリフトオフ法により除去して、絶縁膜81に開口を形成する。これにより、電極のための開口がリッジ部77aに対して自己整合的に形成される。開口には、頂面77dが露出している。開口の形成は、リフトオフ法に限定されるものではない。この後に、p型電極、n型電極を蒸着法により形成した。
FIG. 8 is a drawing showing an example of a group III nitride semiconductor device in the example. In the laser diode LD having a self-aligned contact, a group III nitride semiconductor (epitaxial semiconductor)
リッジ構造77の形成の際に、上側のガイド層71aに関して様々な厚みのレーザダイオードを作製した。例えば、上側のガイド層71aをその全厚の半分より厚く残すように、リッジ構造77の側部77cの厚さを調整したレーザダイオード(例えば、側部の厚さ400nm)では、リッジ構造77を有しないレーザダイオードに比べて、発振しきい値電流はほとんど減少せず、800mAであった。一方、上側のガイド層71aをその全厚の半分以下になるようにエッチングしたレーザダイオードでは、発振しきい値電流が顕著に減少し、200mAとなった。上側のガイド層71aの残った厚みと発振しきい値の関係を検討すると、上側のガイド層の厚みDCは50nm以上250nm以下が好ましく、さらには50nm以上150nm以下が更に好ましい。
When the
絶縁膜81の材料として酸化シリコンといった絶縁体を用いたが、これに代えて窒化シリコン及び窒化アルミニウムを少なくともいずれか一つを用いることができる。これらの材料も、酸化シリコンと同様の光閉じ込めの効果を提供できる。絶縁膜81はシリコン系無機化合物を含むことができる。絶縁膜81は光ガイド層71aの屈折率より小さい屈折率を有する。
Although an insulator such as silicon oxide is used as the material of the insulating film 81, at least one of silicon nitride and aluminum nitride can be used instead. These materials can also provide the same optical confinement effect as silicon oxide. The insulating film 81 can contain a silicon-based inorganic compound. The insulating film 81 has a refractive index smaller than that of the
このレーザダイオードLDでは、III族窒化物半導体領域63は、第1のIII族窒化物半導体部76及び第2のIII族窒化物半導体部(リッジ構造)77を含む。第1のIII族窒化物半導体部76は、第1の部分63a及び第2の部分63bを含む。第2のIII族窒化物半導体部77は、凸形状を有しており、第2の部分63b上に位置すると共に側面77c及び上面77dを有する。
In this laser diode LD, the group III
絶縁層81は、第1のIII族窒化物半導体部76の第2の部分63b上に設けられると共に第2のIII族窒化物半導体部77の側面77cにわたって接触を成す。電極79aは、コンタクト層(III族窒化物半導体層)75及び絶縁膜81上に設けられる。電極79aは、第2のIII族窒化物半導体部77の上面77dの全体にわたって接触を成すと共に、絶縁膜81の表面81a上設けられる。絶縁膜81は、第2のIII族窒化物半導体部77の側面77cの全体にわたって覆っている。
The insulating layer 81 is provided on the
この構造によれば、セルフアラインコンタクトをレーザダイオードLDに提供できる。このセルフアラインコンタクトの開口は、信頼性を提供できるシリコン系無機化合物からなる絶縁膜81により規定される。また、電極79aはパラジウム電極、金電極、タングステン電極、及び/又は白金電極等を含むことができる。このセルフアラインコンタクトでは、凸形状のIII族窒化物半導体部(リッジ構造)77の上面77dと電極79aとの接触抵抗は1×10−3Ω・cm未満であることができる。
According to this structure, a self-aligned contact can be provided to the laser diode LD. The opening of the self-aligned contact is defined by an insulating film 81 made of a silicon-based inorganic compound that can provide reliability. The
レーザダイオードLDでは、電極79bは、III族窒化物半導体領域63を搭載するGaN支持基体61の裏面61b上に設けられる。このレーザダイオードLDによれば、縦型構造の半導体素子が提供される。また、凸部のリッジ構造77及びIII族窒化物半導体領域の屈折率より小さい絶縁膜81を用いて、リッジ構造77の上面77dへのセルフアラインコンタクトをレーザダイオードLDに提供できる。これ故に、レーザダイオードLDは、良好な電流閉じ込め性及び光閉じ込め性を有する。
In the laser diode LD, the
III族窒化物半導体層27、27aの主面27bに極性面、半極性面又は無極性面を提供するために、それぞれ、GaN支持基体61の主面61aは、極性面、半極性面及び無極性面を有する。
In order to provide the
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。 While the principles of the invention have been illustrated and described in the preferred embodiments, it will be appreciated by those skilled in the art that the invention can be modified in arrangement and detail without departing from such principles. The present invention is not limited to the specific configuration disclosed in the present embodiment. We therefore claim all modifications and changes that come within the scope and spirit of the following claims.
10a…成長炉、10b…成長炉、10c…加工装置、10d…エッチング装置、10e…加工装置、11…基板、13…半導体積層、15…第1導電型クラッド層、17…第1の光ガイド層、19…活性層、21…キャリアブロック層、23…第2の光ガイド層、25、25a…p型クラッド層、27、27a…III族窒化物半導体層、27b…III族窒化物半導体層上面、29、29a、29b…エピタキシャル領域、29e…エピタキシャル領域側面、29f…エピタキシャル領域側方面、EP…エピタキシャル基板、31、31a…III族窒化物リフトオフ層、SP…基板生産物、33a、33b、33c…III族窒化物領域、35…マスク膜、35a…マスク、37…レジストマスク、39、39a、39b…絶縁膜、39c…絶縁膜の開口、41…電極、61…GaN支持基体、63…エピタキシャル半導体領域、65…n型AlGaNクラッド層、67a…n型GaN光ガイド層、67b…アンドープInGaN光ガイド層、69…活性層、71b…アンドープInGaN光ガイド層、71a…p型GaN光ガイド層、73…p型AlGaNクラッド層、75…p型GaNコンタクト層、77…リッジ構造、79a…アノード電極、79b…カソード電極、81…閉じ込め部。
DESCRIPTION OF
Claims (20)
活性層を含む半導体積層上に、III族窒化物半導体層をエピタキシャルに成長する工程と、
前記III族窒化物半導体層上にIII族窒化物リフトオフ層を成長して基板生産物を形成する工程と、
前記III族窒化物リフトオフ層にリッジ構造のためのパターンを形成するためのマスクを前記III族窒化物リフトオフ層上に形成する工程と、
前記III族窒化物リフトオフ層及び前記III族窒化物半導体層に前記マスクの前記パターンを転写して、パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層及びパターン形成されたIII族窒化物半導体領域を形成する工程と、
前記マスク、前記パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層及び前記パターン形成されたIII族窒化物半導体領域上に絶縁膜を成長する工程と、
前記パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層を前記絶縁膜に対してエッチャントを用いて選択的に除去して、リフトオフ法により、開口を有するようにパターン形成された絶縁膜を形成すると共に前記パターン形成されたIII族窒化物半導体領域を前記開口に露出させる工程と、
を備え、
前記絶縁膜の屈折率は前記III族窒化物半導体層の屈折率より小さく、
前記III族窒化物リフトオフ層は、III族構成元素としてアルミニウムを含み、
前記III族窒化物リフトオフ層の成長温度は、前記III族窒化物半導体層の成長温度より低く、前記エッチャントによるエッチングにおいて、前記III族窒化物リフトオフ層のエッチング速度は前記絶縁膜のエッチング速度より大きい、ことを特徴とする方法。 A method of fabricating a group III nitride semiconductor light emitting device,
Epitaxially growing a group III nitride semiconductor layer on the semiconductor stack including the active layer;
Growing a group III nitride lift-off layer on the group III nitride semiconductor layer to form a substrate product;
Forming a mask for forming a pattern for a ridge structure on the III-nitride lift-off layer on the III-nitride lift-off layer;
The pattern of the mask is transferred to the group III nitride lift-off layer and the group III nitride semiconductor layer to form a patterned group III nitride lift-off layer and a patterned group III nitride semiconductor region. Process,
Growing an insulating film on the mask, the patterned III-nitride lift-off layer, and the patterned III-nitride semiconductor region;
The patterned group III nitride lift-off layer is selectively removed from the insulating film using an etchant to form an insulating film patterned to have an opening by a lift-off method and the pattern. Exposing the formed group III nitride semiconductor region to the opening ;
With
The refractive index of the insulating film is smaller than the refractive index of the group III nitride semiconductor layer,
The group III nitride lift-off layer contains aluminum as a group III constituent element,
The growth temperature of the group III nitride lift-off layer is lower than the growth temperature of the group III nitride semiconductor layer, and the etching rate of the group III nitride lift-off layer is higher than the etching rate of the insulating film in etching with the etchant. A method characterized by that.
前記III族窒化物リフトオフ層のアルミニウム組成Yは0.5以上1.0以下である、ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載された方法。 The group III nitride lift-off layer includes In X Al Y Ga 1- XYN (0 ≦ X <1, 0 <Y ≦ 1, 0 <X + Y ≦ 1),
3. The method according to claim 1, wherein an aluminum composition Y of the group III nitride lift-off layer is 0.5 or more and 1.0 or less.
前記III族窒化物リフトオフ層の成長は前記成長炉を用いて行われ、
当該方法は、前記III族窒化物半導体層上に前記III族窒化物リフトオフ層を成長した後に、前記成長炉から前記基板生産物を取り出す工程と、
前記リフトオフ法の適用の後に、前記パターン形成されたIII族窒化物半導体領域の露出面上に電極を形成する工程と、
を更に備える、ことを特徴とする請求項1〜請求項11のいずれか一項に記載された方法。 The growth of the group III nitride semiconductor layer is performed using a growth furnace,
The growth of the III nitride lift-off layer is performed using the growth furnace,
The method includes the step of removing the substrate product from the growth furnace after growing the group III nitride lift-off layer on the group III nitride semiconductor layer;
Forming an electrode on an exposed surface of the patterned group III nitride semiconductor region after application of the lift-off method ;
The method according to claim 1, further comprising:
基板上にIII族窒化物半導体層をエピタキシャルに成長する工程と、
前記III族窒化物半導体層上にIII族窒化物リフトオフ層を成長して基板生産物を形成する工程と、
前記III族窒化物リフトオフ層にパターンを形成するためのマスクを前記III族窒化物リフトオフ層上に形成する工程と、
前記III族窒化物リフトオフ層及び前記窒化物半導体層に前記マスクの前記パターンを転写して、パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層及びパターン形成されたIII族窒化物半導体領域を形成する工程と、
前記マスク、前記パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層及び前記パターン形成されたIII族窒化物半導体領域上に絶縁膜を成長する工程と、
リフトオフ法により前記パターン形成されたIII族窒化物リフトオフ層を前記絶縁膜に対してエッチャントを用いて選択的に除去して、開口を有するようにパターン形成された絶縁膜を形成すると共に前記パターン形成されたIII族窒化物半導体領域の露出面を前記開口に露出させる工程と、
前記リフトオフ法の適用の後に、前記パターン形成されたIII族窒化物半導体領域の前記露出面上に電極を形成する工程と、
を備え、
前記III族窒化物リフトオフ層は、III族構成元素としてアルミニウムを含み、
前記III族窒化物リフトオフ層の成長温度は、前記III族窒化物半導体層の成長温度より低く、前記エッチャントによるエッチングにおいて、前記III族窒化物リフトオフ層のエッチング速度は前記絶縁膜のエッチング速度より大きい、ことを特徴とする方法。 A method of forming an electrode for a group III nitride semiconductor device comprising:
Epitaxially growing a group III nitride semiconductor layer on the substrate;
Growing a group III nitride lift-off layer on the group III nitride semiconductor layer to form a substrate product;
Forming a mask on the III-nitride lift-off layer for forming a pattern on the III-nitride lift-off layer;
Transferring the pattern of the mask to the group III nitride lift-off layer and the nitride semiconductor layer to form a patterned group III nitride lift-off layer and a patterned group III nitride semiconductor region; ,
Growing an insulating film on the mask, the patterned III-nitride lift-off layer, and the patterned III-nitride semiconductor region;
The patterned group III nitride lift-off layer is selectively removed using an etchant with respect to the insulating film by a lift-off method to form an insulating film patterned to have an opening and to form the pattern Exposing the exposed surface of the group III nitride semiconductor region formed in the opening;
Forming an electrode on the exposed surface of the patterned group III nitride semiconductor region after application of the lift-off method ;
With
The group III nitride lift-off layer contains aluminum as a group III constituent element,
The growth temperature of the group III nitride lift-off layer is lower than the growth temperature of the group III nitride semiconductor layer, and the etching rate of the group III nitride lift-off layer is higher than the etching rate of the insulating film in etching with the etchant. A method characterized by that.
III族窒化物リフトオフ層を成長する前記工程において、前記III族窒化物リフトオフ層は非結晶III族窒化物を含む、ことを特徴とする請求項18に記載された方法。 The insulating film includes a silicon-based inorganic compound,
19. The method of claim 18 , wherein in the step of growing a group III nitride lift-off layer, the group III nitride lift-off layer comprises an amorphous group III nitride.
前記III族窒化物リフトオフ層の成長は前記成長炉を用いて行われ、
当該方法は、前記III族窒化物半導体層及び前記III族窒化物リフトオフ層の成長の後に、前記成長炉から前記基板生産物を取り出す工程を更に備える、ことを特徴とする請求項18又は請求項19に記載された方法。 The growth of the group III nitride semiconductor layer is performed using a growth furnace,
The growth of the III nitride lift-off layer is performed using the growth furnace,
The method, after the growth of the III nitride semiconductor layer and the III nitride liftoff layer, claim 18 or claim further comprising a growth reactor the step of taking out the substrate product, it is characterized by The method described in 19 .
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