專利名稱：氮化合物系半導(dǎo)體裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能夠使用于光信息處理或顯示的半導(dǎo)體激光器等氮化合物半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
背景技術(shù)：
使用以氮化鎵(GaN)為首的III-V族氮化合物系半導(dǎo)體材料(AlxGayIn1-x-yN(0≤x≤1、0≤y≤1))制作的藍(lán)紫色半導(dǎo)體激光器是用于通過光盤裝置實(shí)現(xiàn)超高密度記錄的關(guān)鍵設(shè)備，現(xiàn)在已達(dá)到了實(shí)用水平。藍(lán)紫色半導(dǎo)體激光器的高輸出化不僅是使光盤的高速寫入成為可能的技術(shù)，也是對激光顯示的應(yīng)用等新技術(shù)領(lǐng)域的開拓所必需的技術(shù)。藍(lán)紫色半導(dǎo)體激光器的現(xiàn)有例，例如公開于非專利文獻(xiàn)1中。
近年，作為為了制造氮化合物系半導(dǎo)體裝置而需要的基板，GaN基板備受注目。GaN基板，與現(xiàn)有使用的藍(lán)寶石基板相比，在結(jié)晶的格子匹配或散熱性這些點(diǎn)上優(yōu)越。又，相對于藍(lán)寶石基板是絕緣物，GaN基板具有導(dǎo)電性，這也是優(yōu)點(diǎn)之一。即，可以采用如下的構(gòu)造在GaN基板的背面?zhèn)纫残纬呻姌O，電流在橫切的方向流動(dòng)于GaN基板。若在具有導(dǎo)電性的GaN基板的背面形成電極，則可以縮小各個(gè)的半導(dǎo)體裝置的尺寸(芯片面積)，若縮小芯片面積，則因?yàn)槟軌蛴?片晶片制作的芯片的總數(shù)增加，所以可以降低制造成本。
GaN基板例如如下制作。首先，通過MOVPE法，在藍(lán)寶石基板上使GaN單層膜生長。然后，通過氫化物氣相外延(HVPE)等方法，在GaN單層膜上使GaN的厚膜生長，然后，剝離藍(lán)寶石基板。
在這樣得到的GaN基板存在5×107cm-2左右的位錯(cuò)(刃狀位錯(cuò)、螺旋位錯(cuò)、混合位錯(cuò))。難以由該位錯(cuò)密度得到可靠性高的半導(dǎo)體激光器。又，在通過HPVE等方法制作的GaN基板的最表面，存在凹坑或小丘(hillock)，因此，有時(shí)產(chǎn)生0.1mm左右的凹凸。GaN基板主面的凹凸成為光刻工序等的妨礙，使設(shè)備的制造成品率降低。
為了解決這樣的基板主面的凹凸，需要拋光基板主面使其平坦化。GaN因?yàn)槟突瘜W(xué)性高，所以難于通過化學(xué)拋光進(jìn)行平坦化，主要進(jìn)行機(jī)械拋光。其結(jié)果是，在GaN基板表面產(chǎn)生刮傷，并且損傷容易殘留于結(jié)晶的表面附近。
又，加工應(yīng)變?nèi)菀讱埩粼诨灞砻?殘留應(yīng)變)，而且在應(yīng)變產(chǎn)生面內(nèi)分布。由AFM(原子力顯微鏡)觀察的結(jié)果，傷痕是數(shù)+μm左右的深度，以50μm角區(qū)域評價(jià)的RMS(方均粗糙度)值是1.6nm。在這樣的GaN基板的主面上以該狀態(tài)使GaN結(jié)晶生長的情況，有如下的問題結(jié)晶表面較大地受到刮傷的影響。
為了將在GaN基板上生長的氮化合物系半導(dǎo)體層的位錯(cuò)密度降低為比GaN基板的位錯(cuò)密度低，使用選擇橫向生長(ELOEpitaxial Lateral Overgrowth)。以下，參照圖12(a)至(d)，說明選擇橫向生長。
首先，如圖12(a)所示，準(zhǔn)備GaN基板1001，在其主面形成由SiO2構(gòu)成的掩模層1003。在掩模層1003形成有帶狀的開口部，所述帶狀的開口部使基板主面中作為結(jié)晶生長的種子而起作用的區(qū)域選擇性地露出。
接著，如圖12(b)所示，通過MOVPE法進(jìn)行選擇方向生長，從掩模1003的各開口部使n-GaN層1002生長。此時(shí)，在掩模層1003上采用GaN結(jié)晶難以生長的條件，不過有時(shí)在掩模層1003上也析出其它結(jié)晶GaN。GaN基板1001通常容易具有n型傳導(dǎo)性，通過在GaN基板上供給氮化鎵的原料氣體及硅烷(SiH4)或乙硅烷(Si2H6)，形成具有n型導(dǎo)電性的GaN層1002。
如圖12(c)所示，若繼續(xù)n-GaN層1002的生長，則如圖12(d)所示，鄰接的n-GaN層1002結(jié)合，形成1個(gè)層。
通過上述的方法形成的n-GaN層1002包含位錯(cuò)密度降低到7×105cm-2以下的區(qū)域。若這樣在位錯(cuò)少的區(qū)域的上部形成設(shè)備構(gòu)造，則可以提高可靠性。不過，若在掩模1003上如圖12(b)所示析出多晶GaN，則如圖12(c)所示形成結(jié)晶性惡化區(qū)域1004。
專利文獻(xiàn)1公開了一種為了進(jìn)一步降低位錯(cuò)密度，而將掩模層形成于帶狀的凹部，并在其上設(shè)置有氣隙的半導(dǎo)體裝置。圖13表示具備凹部由掩模層103覆蓋的n-GaN基板101、和從帶狀脊部生長的n-GaN層103的構(gòu)造。n-GaN層103包括位錯(cuò)密度相對降低的低位錯(cuò)區(qū)域104、和位錯(cuò)密度相對高的高位錯(cuò)區(qū)域105。規(guī)定電流注入?yún)^(qū)域等的脊帶106配置于n-GaN層102的低位錯(cuò)區(qū)域104上。
非專利文獻(xiàn)1應(yīng)用物理的日文學(xué)報(bào)(Jpn.J.Appl.Phys.)、第39卷、p.L648(2000年)專利文獻(xiàn)1特開2002-9004號公報(bào)根據(jù)專利文獻(xiàn)1公開的半導(dǎo)體激光器，可以抑制因在掩模層上析出的多晶GaN而導(dǎo)致的結(jié)晶性的惡化，但是可以知道，采用在GaN基板的背面設(shè)置電極的構(gòu)造的情況，與采用了以如圖12所示的方法形成的構(gòu)造的情況同樣，若不增大施加于電極間的電壓，則難以實(shí)現(xiàn)需要的激光振蕩。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是鑒于上述的問題而作出的，其主要目的在于以高成品率提供一種可靠性高的氮化合物半導(dǎo)體裝置。
本發(fā)明提供一種氮化合物系半導(dǎo)體裝置，其包括具有導(dǎo)電性的基板構(gòu)造物；及被所述基板構(gòu)造物支承的半導(dǎo)體疊層構(gòu)造物，所述基板構(gòu)造物的主面具有作為氮化合物系半導(dǎo)體的縱向生長的晶種而起作用的至少1個(gè)縱向生長區(qū)域；及使在所述縱向生長區(qū)域上生長的氮化合物半導(dǎo)體的橫向生長成為可能的多個(gè)橫向生長區(qū)域，在設(shè)定與所述基板構(gòu)造物的主面平行的第1方向上的所述縱向生長區(qū)域的尺寸的總和為∑X，所述第1方向上的所述多個(gè)橫向生長區(qū)域的尺寸的總和為∑Y時(shí)，∑X/∑Y＞1.0的關(guān)系成立。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述基板構(gòu)造物由Alx1Gay1Inz1N(x1+y1+z1＝1、x1≥0、y1≥0、z1≥0)結(jié)晶形成，所述半導(dǎo)體疊層構(gòu)造物包括從所述基板構(gòu)造的主面上的所述縱向生長區(qū)域生長的Alx2Gay2Inz2N(x2+y2+z2＝1、x2≥0、y2≥0、z2≥0)結(jié)晶層。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述基板構(gòu)造物包括由Alx1Gay1Inz1N(x1+y1+z1＝1、x1≥0、y1≥0、z1≥0)結(jié)晶形成的基板主體；及形成于所述基板主體的上表面，且表面起到作為所述基板構(gòu)造物的主面的作用的Alx3Gay3Inz3N(x3+y3+z3＝1、x3≥0、y3≥0、z3≥0)結(jié)晶層，所述半導(dǎo)體疊層構(gòu)造物包括從所述基板構(gòu)造的主面上的所述縱向生長區(qū)域生長的Alx2Gay2Inz2N(x2+y2+z2＝1、x2≥0、y2≥0、z2≥0)結(jié)晶的層。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述基板構(gòu)造物的主面上的所述縱向生長區(qū)域及橫向生長區(qū)域沿與所述第1方向垂直的方向帶狀延伸。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述基板構(gòu)造物的主面上的所述縱向生長區(qū)域由存在于所述基板構(gòu)造物的主面的帶狀脊部限定。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，還包括覆蓋所述基板構(gòu)造物的主面的掩模層，所述掩模層具有在與所述縱向生長區(qū)域?qū)?yīng)的位置設(shè)置的帶狀的開口部；及在與所述橫向生長區(qū)域?qū)?yīng)的位置設(shè)置的掩模部。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述掩模層的開口部的面積比所述掩模層的掩模部的面積的1.0倍大。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述半導(dǎo)體疊層構(gòu)造物包括具有比所述Alx2Gay2Inz2N結(jié)晶層的帶隙小的帶隙的活性層，還包括用于對所述活性層的一部分注入載流子的電流狹窄構(gòu)造。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述電流狹窄構(gòu)造位于所述基板構(gòu)造物的主面上的所述橫向生長區(qū)域的正上方。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述Alx3Gay3Inz3N層的各構(gòu)成元素的摩爾比率x3、y3及z3的至少1個(gè)沿層厚方向變化的構(gòu)造。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述Alx3Gay3Inz3N層具有多層構(gòu)造。
本發(fā)明提供一種氮化合物系半導(dǎo)體裝置的制造方法，其包括工序(A)，其在準(zhǔn)備在主面具有作為氮化合物系半導(dǎo)體的縱向生長的晶種而起作用的多個(gè)縱向生長區(qū)域、及使在所述縱向生長區(qū)域上生長的氮化合物半導(dǎo)體的橫向生長成為可能的多個(gè)橫向生長區(qū)域的基板構(gòu)造物的工序中，準(zhǔn)備在設(shè)定與所述基板構(gòu)造物的主面平行的第1方向上的各縱向生長區(qū)域的尺寸為X，所述第1方向的各橫向生長區(qū)域的尺寸為Y時(shí)，X/Y＞1.0的關(guān)系成立的基板構(gòu)造物；及工序(B)，其在所述基板構(gòu)造物的主面上使氮化合物系半導(dǎo)體層生長。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述工序(A)包括作為所述基板構(gòu)造物，準(zhǔn)備由Alx1Gay1Inz1N(x1+y1+z1＝1、x1≥0、y1≥0、z1≥0)結(jié)晶形成的晶片的工序，所述工序(B)包括從所述基板構(gòu)造物的主面上的所述縱向生長區(qū)域使作為所述氮化合物系半導(dǎo)體層起作用的Alx2Gay2Inz2N(x2+y2+z2＝1、x2≥0、y2≥0、z2≥0)結(jié)晶層生長的工序。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述工序(A)包括作為基板主體，準(zhǔn)備由Alx1Gay1Inz1N(x1+y1+z1＝1、x1≥0、y1≥0、z1≥0)結(jié)晶形成的晶片的工序(a1)；及在所述基板主體的上表面使表面作為所述基板構(gòu)造物的主面而起作用Alx3Gay3Inz3N(x3+y3+z3＝1、x3≥0、y3≥0、z3≥0)結(jié)晶層生長的工序(a2)，所述工序(B)包括從所述基板構(gòu)造物的主面上的所述縱向生長區(qū)域使作為所述氮化合物系半導(dǎo)體層起作用的Alx2Gay2Inz2N(x2+y2+z2＝1、x2≥0、y2≥0、z2≥0)結(jié)晶層生長的工序。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述基板構(gòu)造物的主面上的所述縱向生長區(qū)域及橫向生長區(qū)域沿與所述第1方向垂直的方向帶狀延伸。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述基板構(gòu)造物的主面上的所述縱向生長區(qū)域由存在于所述基板構(gòu)造物的主面的帶狀脊部限定。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述工序(A)包括由具有限定所述縱向生長區(qū)域的圖案的抗蝕掩模覆蓋所述基板構(gòu)造物的主面的工序；及選擇性地蝕刻所述基板構(gòu)造物的主面中未由所述抗蝕掩模覆蓋的部分的工序。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述氮化合物系半導(dǎo)體裝置還包括覆蓋所述基板構(gòu)造物的主面的掩模層，所述掩模層具有在與所述縱向生長區(qū)域?qū)?yīng)的位置設(shè)置的帶狀的開口部；及在與所述橫向生長區(qū)域?qū)?yīng)的位置設(shè)置的掩模部。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述掩模層的開口部的面積比所述掩模層的掩模部的面積的1.0倍大。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，包括形成具有所述氮化合物系半導(dǎo)體層、及疊層于所述氮化合物半導(dǎo)體層上的其它半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體疊層構(gòu)造物的工序(C)，所述工序(C)包括形成具有比所述Alx2Gay2Inz2N結(jié)晶層的帶隙小的帶隙的活性層的工序(c1)；及形成用于對所述活性層的一部分注入載流子的電流狹窄構(gòu)造的工序(c2)。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述工序(c2)包括在所述基板構(gòu)造物的主面上的所述橫向生長區(qū)域的正上方配置所述電流狹窄構(gòu)造的工序。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述工序(a2)包括沿層厚方向使所述Alx3Gay3Inz3N層的各構(gòu)成元素的摩爾比率x3、y3及z3中的至少1個(gè)發(fā)生變化的工序。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述Alx3Gay3Inz3N層具有多層構(gòu)造。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述工序(a2)包括在所述Alx3Gay3Inz3N層的生長過程中使生長溫度變化的工序。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，X及Y的至少一方對應(yīng)于處于晶片狀態(tài)的所述基板構(gòu)造物的主面的位置而變化。
(發(fā)明的效果)根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)榻档土藢τ谝詸M切基板主面的方式流動(dòng)的電流的電阻，所以可以提高使用選擇橫向生長法制造的氮化合物系半導(dǎo)體裝置的可靠性及制造成品率。


圖1是表示本發(fā)明的氮化合物半導(dǎo)體裝置的第1實(shí)施方式的剖面圖；圖2(a)是表示圖1的半導(dǎo)體裝置的n-GaN基板101的俯視圖，(b)是其B-B’線剖面圖；圖3(a)至(d)是表示圖1的n-GaN層102的生長方法的工序剖面；圖4(a)是表示種子部的寬度X和電壓的關(guān)系的圖表，(b)及(c)是∑表示X/∑Y和電壓的關(guān)系的圖表；圖5是表示圖1的半導(dǎo)體裝置的改良例的剖面圖；圖6是表示本發(fā)明的氮化合物半導(dǎo)體裝置的第2實(shí)施方式的剖面圖；圖7是表示圖6的半導(dǎo)體裝置的改良例的剖面圖；圖8是表示本發(fā)明的氮化合物半導(dǎo)體裝置的第3實(shí)施方式的剖面圖；圖9是表示圖8的半導(dǎo)體裝置的改良例的剖面圖；圖10是表示圖8的半導(dǎo)體裝置的其它改良例的剖面圖；圖11是表示本發(fā)明的氮化合物半導(dǎo)體裝置的第4實(shí)施方式的剖面圖；圖12(a)至(d)是表示現(xiàn)有的選擇橫向生長的工序剖面圖；圖13是利用選擇橫向生長制作出的現(xiàn)有的具有氣隙的半導(dǎo)體激光器的主要部分剖面圖。
圖中，101-n型GaN基板；102-n型GaN層；103-SiNx；104-低位錯(cuò)區(qū)域；105-高位錯(cuò)區(qū)域；106-脊帶形成位置；107-多晶GaN；201-n型AlGaN型GaN超格子接觸層；202-n型AlGaN型GaN超格子包層；203-n型GaN光導(dǎo)層；204-MQW活性層；205-p型GaN光導(dǎo)層；206-p型AlGaN型GaN超格子包層；207-p型GaN接觸層；208-p電極；209-絕緣膜(SiO2)；210-n電極；211-空隙(結(jié)合部)；601-n型AlGaN型GaN超格子接觸層；602-n型AlGaN型GaN超格子包層；603-n型GaN光導(dǎo)層；604-MQW活性層；605-p型GaN光導(dǎo)層；606-p型AlGaN型GaN超格子包層；607-p型GaN接觸層；608-p電極；609-絕緣膜(SiO2)；610-n電極；801-(AlIn)GaN層；1001-n型GaN基板構(gòu)造物；1002-n型GaN層；1003-SIO2；1004-結(jié)晶性惡化區(qū)域；1007-多晶GaN；1101-低溫(AlIn)GaN層；1102-高溫(AlIn)GaN層；1201-(AlIn)GaN層(低載流子濃度)；1202-(AlIn)GaN層(高載流子濃度)；1203-n型GaN層(低載流子濃度)；1202-n型GaN層(高載流子濃度)。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖，說明本發(fā)明的氮化合物系半導(dǎo)體裝置的實(shí)施方式。
在以下的各實(shí)施方式中，使用MOVPE法使氮化合物半導(dǎo)體生長，不過可以在本發(fā)明中使用的結(jié)晶生長方法并不限定于MOVPE法，可以廣泛地使用包含氫化物氣相生長發(fā)(H-VPE法)及分子射線外延法(MBE法)的公知的氮化合物半導(dǎo)體生長方法。
(實(shí)施方式1)首先，參照圖1。圖1示意地表示本實(shí)施方式的氮化合物系半導(dǎo)體裝置的剖面。
圖1的半導(dǎo)體裝置具有多個(gè)帶狀脊部形成于主面的GaN基板101、和在GaN基板101上生長的n-GaN層102。在現(xiàn)實(shí)的半導(dǎo)體裝置中，通常，在n-GaN層102上也疊層氮化合物系半導(dǎo)體層。不過，在作為晶體管等的溝道層而使用圖1的n-GaN層102的情況下，在n-GaN層102上形成柵極絕緣膜或配線構(gòu)造。
參照圖2，更詳細(xì)地說明GaN基板101的結(jié)構(gòu)。圖2(a)是表示氮化合物系半導(dǎo)體裝置的GaN基板101的主面的俯視圖，圖2(b)是其B-B’線剖面圖。如圖2所示，形成于GaN基板101的主面的脊部的上表面是作為氮化合物系半導(dǎo)體的縱向生長的晶種(種子)而起作用的「縱向生長區(qū)域」。又，凹部是可以進(jìn)行從脊部的上表面(縱向生長區(qū)域)生長的氮化合物半導(dǎo)體的橫向生長的「橫向生長區(qū)域」。如圖2所示，本實(shí)施方式的縱向生長區(qū)域及橫向生長區(qū)域沿與基板主面平行的箭頭A的方向(第1方向)交替地周期性排列。GaN基板101的兩端部101a、101b是通過切斷或劈開晶片而形成的面。即使在1片GaN晶片上周期性配置相同尺寸的「縱向生長區(qū)域」及「橫向生長區(qū)域」，若從GaN晶片分割為多個(gè)芯片基板，則位于GaN基板101的兩端部101a、101b的「縱向生長區(qū)域」或「橫向生長區(qū)域」的尺寸，也通常比位于GaN基板101的兩端部101a、101b以外的區(qū)域的「縱向生長區(qū)域」或「橫向生長區(qū)域」的尺寸小。
在此，設(shè)箭頭A的方向(第1方向)的各縱向生長區(qū)域的尺寸為X，第1方向的各橫向生長區(qū)域的尺寸為Y。又，將1個(gè)半導(dǎo)體裝置的多個(gè)縱向生長區(qū)域的尺寸X的總和記為∑X，將1個(gè)半導(dǎo)體裝置的多個(gè)橫向生長區(qū)域的尺寸Y的總和記為∑Y。在本實(shí)施方式中，加工n-GaN基板101的主面使得∑X/∑Y的關(guān)系成立。因?yàn)楸緦?shí)施方式的縱向生長區(qū)域及橫向生長區(qū)域沿與第1方向垂直的方向(第2方向)帶狀延伸，所以有時(shí)稱箭頭A的方向(第1方向)的尺寸為「寬度」。
如圖2所示的n-GaN基板101的主面的凹凸構(gòu)造可以通過公知的光刻及蝕刻技術(shù)形成。在本實(shí)施方式中，首先準(zhǔn)備具有大致平坦的主面的n-GaN基板101，將該n-GaN基板101的主面以抗蝕層覆蓋。接著，在使用具有帶圖案的光掩模進(jìn)行了抗蝕層的曝光工序之后，通過進(jìn)行顯影工序，形成具有帶狀開口部的抗蝕掩模9(未圖示)。然后，通過選擇性地蝕刻n-GaN基板101的主面中未由抗蝕掩模覆蓋的部分，將如圖2所示的凹部形成于n-GaN基板101的主面。然后，除去抗蝕掩模。
本實(shí)施方式的n-GaN基板101的主面是(0001)面。在本實(shí)施方式中，規(guī)定抗蝕掩模的圖案，使得凹部的寬度(第1方向的尺寸)Y是約10μm，脊部的寬度(第1方向的尺寸)約是7μm。
在除去了抗蝕掩模之后，通過等離子CVD法將SiNx層堆積于基板主面上。然后，在由SiNx層覆蓋的基板101上堆積用于平坦化的抗蝕劑。接著，通過進(jìn)行抗蝕劑及SiNx層的蝕刻直至n型GaN基板101的頂面(脊部的上表面)露出，僅在凹部形成由SiNx層構(gòu)成的掩模層103。然后，利用有機(jī)溶劑等除去殘存的抗蝕劑。
根據(jù)上述的方法，可以僅由掩模層103選擇性地覆蓋基板主面的凹部，露出的脊部的上表面作為結(jié)晶生長的種子而起作用。該掩模層103在以下說明的氮化合物系半導(dǎo)體的選擇橫生長工序時(shí)作為選擇生長用掩模而起作用。因此，掩模層103優(yōu)選由難以在其表面產(chǎn)生氮化合物系半導(dǎo)體的生長的材料形成。
接著，在將具有如圖2所示的構(gòu)造的n-GaN基板101插入到MOVPE裝置的生長腔(chamber)內(nèi)之后，通過MOVPE法以1050℃從脊部的上表面(種子部)使n型GaN層102生長。在本實(shí)施方式中，作為n型的摻雜劑使用SiH4。GaN層102在脊部上沿縱向(與基板主面垂直的方向)生長，并且也沿與基板主面平行的方向(橫向)生長，向存在掩模103的凹部的上方延伸。
通過上述的選擇生長，從脊部的上表面生長的GaN結(jié)晶與從鄰接的脊部的上表面生長的GaN結(jié)晶接觸，作為整體，形成1個(gè)n-GaN層102。
如圖1所示，由n-GaN層102覆蓋了主面這一狀態(tài)的n-GaN基板101具備由基板主面的凹部和n-GaN層102形成的多個(gè)氣隙。氣隙沿帶狀脊部延伸的方向排列為帶狀。
如上所述，從各脊部生長的各個(gè)n-GaN結(jié)晶在氣隙的大致中心位置合成一體。另外，在n-GaN結(jié)晶生長時(shí)，通過調(diào)節(jié)摻雜于GaN結(jié)晶的不純物濃度，可以控制結(jié)晶的a軸方向(橫向)的生長率及c軸方向(縱向)的生長率。
如圖1所示，在n-GaN層102包含位錯(cuò)濃度相對低的低位錯(cuò)區(qū)域104、及位錯(cuò)濃度相對高的高位錯(cuò)區(qū)域105。高位錯(cuò)濃度105位于基板主面的脊部上，低位錯(cuò)區(qū)域104位于氣隙上。有時(shí)在氣隙的一部分存在在掩模層103上生長的多晶GaN107。在進(jìn)行用于形成N-GaN層102的選擇生長時(shí)，采用氮化合物系半導(dǎo)體的結(jié)晶不易在掩模層103上生長的條件，不過有時(shí)局部地形成多晶GaN。若這樣的多晶GaN107的生長率低，或基板主面的凹部的深度充分大，則n-GaN層102的形成不被多晶GaN107妨害。
在如圖1所示的例中，在n-GaN層102中低位錯(cuò)區(qū)域104上配置有脊帶106。脊帶106與作為襯底的低位錯(cuò)區(qū)104同樣位錯(cuò)密度低，作為結(jié)晶性優(yōu)越的半導(dǎo)體區(qū)域的脊帶106作為要求結(jié)晶性特別優(yōu)越的、半導(dǎo)體裝置的活性區(qū)域而使用。
接著，參照圖3(a)至(d)，更詳細(xì)地說明n-GaN層102的生長。在從3(a)至(d)中，只表示晶片狀基板中最終使用于圖1半導(dǎo)體裝置的部分。
首先，如圖3(a)所示，準(zhǔn)備在主面形成有凹部且凹部的底面及側(cè)面由掩模層103覆蓋的n-GaN基板101，并插入于MOVPE裝置的腔內(nèi)。如圖3(a)所示的n-GaN基板101相當(dāng)于如圖2所示的n-GaN基板101。
然后，對n-GaN基板101的主面進(jìn)行500～1100℃左右的熱處理(熱清洗)。該熱處理例如以750℃進(jìn)行1分鐘以上，優(yōu)選5分鐘以上。在進(jìn)行熱處理期間，優(yōu)選使含有氮原子(N)的氣體(N2、NH3、肼等)在腔內(nèi)流動(dòng)。
在熱處理后，通過MOVPE法，以1050℃左右的溫度在脊部上選擇性地使n-GaN層102生長。圖3(b)表示生長過程中的n-GaN層102。在該階段，在各脊部上生長的n-GaN結(jié)晶具有帶狀，它們并不連結(jié)而形成1片的層。然后，如圖3(c)所示，若進(jìn)一步繼續(xù)n-GaN結(jié)晶的生長，則如圖3(d)所示，可以形成1層n-GaN層102。
這樣，若在如圖3(a)所示的形成有脊部或凹部的n-GaN基板101上通過MOVPE法使n-GaN結(jié)晶102生長，則在由掩模103覆蓋的區(qū)域不產(chǎn)生n-GaN的外延生長，在經(jīng)由掩模層103的開口部而露出的n-GaN基板101的脊部(種子部)上進(jìn)行選擇性的外延生長。作為種子部而起作用的結(jié)晶面是與基板主面同一的面(0001)面，分別具有帶形狀，所述帶形狀具有約7μm左右的寬度。
在這樣進(jìn)行n-GaN結(jié)晶的選擇橫生長時(shí)，如圖3(b)所示有時(shí)多晶GaN107在凹部的掩模層103上析出。特別是，若因在結(jié)晶形成前進(jìn)行的熱處理(熱清洗)，Ga或GaN的小滴附著于凹部的掩模層103上，則多晶GaN107也容易以其為起點(diǎn)在掩模層103上生長。但是，因?yàn)樵谘谀?03上生長的多晶GaN107比脊部的高度小，所以不對從脊部上表面橫向生長的n-GaN結(jié)晶102的結(jié)晶性產(chǎn)生不好的影響。從該觀點(diǎn)考慮，凹部的深度優(yōu)選設(shè)定為500nm以上。
現(xiàn)在可以得到的n-GaN基板101的位錯(cuò)密度是5×106cm-2左右，不過在n-GaN層102中通過橫向生長(lateral生長)形成的部分，可以將其位錯(cuò)密度比基板的位錯(cuò)密度降低1位數(shù)以上。其結(jié)果是，可以較大地提高形成的半導(dǎo)體裝置的可靠性。又，通過進(jìn)行如圖3(a)至(d)所示的工序，也可以降低存在于n-GaN基板101的主面的刮傷的影響。n-GaN基板101的主面通常隨機(jī)地存在因拋光而導(dǎo)致的多處刮傷(深度數(shù)+nm左右)。因此，在n-GaN基板101的主面上以該狀態(tài)使GaN結(jié)晶生長的情況，在GaN結(jié)晶層，因刮傷的影響而產(chǎn)生較大的彎曲。但是，如本實(shí)施方式所述，若預(yù)先在GaN基板101形成帶狀的凹部(氣隙部)，則在該部生長的GaN結(jié)晶不受到因刮傷而導(dǎo)致的影響。又，在脊部，容易受到存在于基板主面的凹凸的影響，不過在橫向生長(lateral生長)部，不易受到這樣的影響。通過這些效果，如圖3(a)至(d)所示的方法可以較大地改善GaN結(jié)晶表面的平坦性。
如前所述，在本實(shí)施方式中，將∑X/∑Y設(shè)定為比1.0大，優(yōu)選比2.0大，更優(yōu)選比3.0大。以下說明由此得到的效果。
首先，參照圖4(a)至(c)。圖4(a)是表示種子部的寬度X和電壓的關(guān)系的圖表，圖4(b)及(c)是表示∑X/∑Y和電壓的關(guān)系的圖表。圖4(b)和圖4(c)的不同在于橫軸的比例范圍。
從圖4可以知道，若在n-GaN基板101的主面增大結(jié)晶生長的種子部(縱向生長區(qū)域)的各寬度X，且，減小凹部(橫向生長區(qū)域)的各寬度Y，則因?yàn)榈玫酵浑娏魉钥梢越档捅匾氖┘与妷?。這是因?yàn)殡S著增大∑X/∑Y，基板主面中可以使電流沿縱向流動(dòng)的區(qū)域的面積增大。若電流流動(dòng)的區(qū)域的面積增大，則電阻降低，所以可以在電極間減小在使相同的大小的電流流動(dòng)時(shí)必要的施加電壓。
例如，在將半導(dǎo)體激光器的動(dòng)作電流設(shè)定為100mA時(shí)，為了將因基板主面的電阻而導(dǎo)致的電壓的增加量抑制為0.01V以下，只要將種子部寬度設(shè)定為6μm以上即可。若該電壓增加量是0.01V以下，則可以避免半導(dǎo)體激光器的可靠性的降低。另外，n-GaN層102的各橫向生長部分的寬度(翼形寬度)優(yōu)選是6μm以上。因而，在左右對稱地形成橫向生長部分的情況下，凹部的寬度Y優(yōu)選設(shè)定為12μm左右。不過，若實(shí)行如圖5所示的非對稱的橫向生長，則因?yàn)榭梢杂行У財(cái)U(kuò)大一方的橫向生長部分的寬度，所以可以在不降低翼形寬度的前提下，降低凹部的寬度。
另外，從電阻的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選盡可能減少存在于n-GaN基板101和n-GaN層102之間的氣隙(凹部)的數(shù)目。因而，氣隙優(yōu)選只形成于需要降低位錯(cuò)密度的部分(電流狹窄構(gòu)造)的正下方。這樣，在1個(gè)半導(dǎo)體激光器元件中設(shè)置1個(gè)氣隙的情況，∑X/∑Y具有比1.0大且30以下的范圍包含的較大的值。根據(jù)本發(fā)明人的研討，∑X/∑Y更優(yōu)選設(shè)定為2以上，進(jìn)一步優(yōu)選設(shè)定為3以上。在1個(gè)半導(dǎo)體裝置包含的1個(gè)基板形成單一的橫向生長區(qū)域，且在其兩側(cè)形成2個(gè)縱向生長區(qū)域的情況，可以將∑X/∑Y設(shè)定為6以上(例如9以上)。從圖4(c)可以知道，因?yàn)樵皆龃蟆芚/∑Y，越可以使施加電壓降低，所以是優(yōu)選的。
因?yàn)樵贕aN基板的表面如上所述存在刮傷，所以一直以來，存在應(yīng)該盡可能小地設(shè)定縱向生長區(qū)域的尺寸X的技術(shù)常識。又，因?yàn)樵诳v向生長區(qū)域上生長的結(jié)晶區(qū)域的結(jié)晶性相對較差，所以考慮到該尺寸X越大，不良影響越容易波及到在橫向生長區(qū)域上生長的結(jié)晶區(qū)域。但是，根據(jù)本發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)可以知道，即使增大縱向生長區(qū)域的尺寸X，在橫向生長區(qū)域上生長的結(jié)晶區(qū)域的結(jié)晶性也不劣化。這是因?yàn)橛捎谑褂门cn-GaN層102同種(相似)材料的GaN基板101，所以在兩者之間幾乎不產(chǎn)生應(yīng)力(應(yīng)變)。即，即使進(jìn)行用于使位錯(cuò)密度局部降低的橫向生長，也可以大幅地降低在縱向生長區(qū)域產(chǎn)生的位錯(cuò)向橫向生長區(qū)域上的低位錯(cuò)部蔓延的量。特別是，因?yàn)樵诒緦?shí)施方式中使用的GaN基板101的位錯(cuò)密度降低到107cm-2以下，所以可以更大地降低位錯(cuò)向低位錯(cuò)區(qū)域的蔓延。因此，可以限定于與在需要形成電流狹窄構(gòu)造的區(qū)域的正下方一致的區(qū)域，形成氣隙部。
這樣，優(yōu)選通過不在不需要形成電流狹窄構(gòu)造的區(qū)域形成氣隙部，或即使假定形成，也減小其形成區(qū)域的面積，來減少不需要的氣隙區(qū)域。通過減少不需要的氣隙，可以較大地提高基板和半導(dǎo)體基層構(gòu)造之間的密合性。其結(jié)果是，在進(jìn)行晶片的劈開時(shí)，可以抑制在拉出劃線之際產(chǎn)生的氣隙部的破裂，從而將劃線均勻地拉出到基板構(gòu)造物內(nèi)部。以此，降低在拋光工序·安裝工序時(shí)產(chǎn)生的半導(dǎo)體基層構(gòu)造從基板的剝離，并且可以改善劈開性，從而可以提高成品率。
在本實(shí)施方式及以下的實(shí)施方式中，使用了n-GaN基板，不過作為支承半導(dǎo)體基層構(gòu)造的基板構(gòu)造體，也可以不使用n-GaN基板，而廣泛地使用由Alx1Gay1Inz1N(x1+y1+z1＝1、x1≥0、y1≥0、z1≥0)結(jié)晶形成的基板構(gòu)造物。又，在其上通過選擇橫向生長形成的氮化合物半導(dǎo)體層也并不限定于n-GaN層，也可以是Alx2Gay2Inz2N(x2+y2+z2＝1、x2≥0、y2≥0、z2≥0)結(jié)晶層。
在本實(shí)施方式中，掩模層103包覆了凹部的底面及側(cè)面這兩方，不過也可以只包覆凹部的底面。又，也可以不使用SiNx，而使用其它電介質(zhì)或非晶質(zhì)絕緣物形成掩模層。例如，使用由SiO2、SiON、Al2O3、AlON、TiO2、ZrO2、Nb2O5形成的掩模層，也可以進(jìn)行選擇橫向生長。
另外，即使在未由掩模層覆蓋凹部的底面的情況下，有時(shí)也可以抑制氮化合物半導(dǎo)體的結(jié)晶在凹部的底面上生長。因而，凹部的底面優(yōu)選由掩模層覆蓋，不過覆蓋并不是必不可少的。進(jìn)而，即使在使用具有參照圖12說明的現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)的基板的情況下，本發(fā)明也是有效的。即，在如圖12所示的基板，通過將∑X/∑Y設(shè)定為比1.0大，優(yōu)選比2.0大，更優(yōu)選比3.0大，得到可以降低在電流橫切基板主面時(shí)的電阻。
以上的說明在以下的各實(shí)施方式中也成立。
(實(shí)施方式2)接著，參照圖6，說明本發(fā)明的氮化合物系半導(dǎo)體裝置的第2實(shí)施方式。圖6示意地表示本實(shí)施方式的氮化合物半導(dǎo)體激光器的剖面構(gòu)造。
圖示的半導(dǎo)體激光器具備帶狀延伸的凹部形成于主面的n-GaN基板101、和在GaN基板101上生長的半導(dǎo)體疊層構(gòu)造。半導(dǎo)體疊層構(gòu)造的最下層是在n-GaN基板10-上生長的n-GaN層102。本實(shí)施方式的n-GaN基板101及n-GaN層102，與所述的實(shí)施方式1的n-GaN基板101及n-GaN層102同樣地制作。
上述的半導(dǎo)體疊層構(gòu)造通過在n-GaN層102上，將n-AlGaN型GaN超格子接觸層201、n-AlGaN型GaN超格子包層202、n-GaN光導(dǎo)層203、多量子井(MQW)活性層204、p-GaN光導(dǎo)層205、p-AlGaN型GaN超格子包層206、及p-GaN接觸層207，以該順序疊層而制作。這些氮化合物系半導(dǎo)體層通過MOVPE法適當(dāng)?shù)厣L。
p-GaN接觸層207及p-AlGaN型GaN超格子包層206加工為形成脊帶。脊帶的寬度(帶寬度)是2μm左右。半導(dǎo)體疊層構(gòu)造的上表面由具有位于脊帶上的帶狀開口部的絕緣膜209覆蓋。p-GaN接觸層207的上表面的一部分經(jīng)由絕緣膜209的開口部而與p電極208接觸。另外，在n-GaN基板-01的背面設(shè)置有n電極210。
上述的脊帶的形狀及位置，嚴(yán)格地說，絕緣膜209的開口部的形狀及位置，規(guī)定活性層204的電流(載流子)注入?yún)^(qū)域。在本實(shí)施方式中，在n-GaN層102的低位錯(cuò)區(qū)域的正上方配置有絕緣膜209的開口部。因此，若對p電極208和n電極210之間施加規(guī)定水平的電壓，則從電極208、210注入的載流子在MQW活性層204中位于基板主面的凹部(氣隙)的正上方的區(qū)域選擇性地流動(dòng)。半導(dǎo)體疊層構(gòu)造中位于基板主面的凹部(氣隙)的正上方的部分，與其它部分比較，位錯(cuò)或缺陷的密度低。另外，雖說是氣隙的正上方，但也優(yōu)選以避開n-GaN層102的合成一體部的空隙(結(jié)合物)211的正上方的方式配置脊帶。如圖6所示，從該空隙211朝向其正上方產(chǎn)生位錯(cuò)。
根據(jù)本實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光器，若在n電極210和p電極208之間施加電壓，則正孔從p電極朝向MQW活性層204注入，電子從n電極210朝向MQW活性層204注入。其結(jié)果是，由MQW活性層204產(chǎn)生增益，從而在大約400nm附近的波長區(qū)域產(chǎn)生激光振蕩。在本實(shí)施方式中，將1個(gè)凹部配置于電流狹窄構(gòu)造的下方，將∑X/∑Y設(shè)定于1.0～30的范圍內(nèi)。具體地，將如圖6所示的尺寸X1+X2的值設(shè)定為120～400μm左右，將尺寸Y設(shè)定為20～40μm左右。因此，∑X/∑Y＝(X1+X2)/Y處于6以上8以下的范圍。這樣在本實(shí)施方式中，因?yàn)榕c現(xiàn)有比較注入電流以格外低的電阻沿縱向流動(dòng)，所以可以降低施加于電極間的電壓。
另外，在本實(shí)施方式中，可以將位于氣隙上的半導(dǎo)體中的位錯(cuò)密度比存在于GaN基板101的位錯(cuò)密度降低1位數(shù)以上，并且較大地降低存在于GaN基板101的主面的刮傷的影響。
本實(shí)施方式的氮化合物系半導(dǎo)體裝置是具備脊帶等電流狹窄構(gòu)造的半導(dǎo)體激光器，不過本發(fā)明并不限定于此，也可以是不需要電流狹窄構(gòu)造的發(fā)光二級管(LED)。在發(fā)光二極管的情況下，通過相對較小地設(shè)定氣隙部(凹部)的尺寸，也能夠得到整體降低在以橫切的方式使電流流動(dòng)時(shí)的電阻的效果。
另外，在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光器中，如圖6所示，將p電極208和n電極210配置于基板101的不同側(cè)，不過也可以將p電極208及n電極210配置于基板101的同一側(cè)(基板主面?zhèn)?。在通過現(xiàn)有的ELO法進(jìn)行的情況下，為了降低對于沿與基板主面平行的方向流動(dòng)的電流的電阻，需要形成厚膜，不過根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)橥ㄟ^氣隙部分的面積減少，對于橫向流動(dòng)的電流的電阻也整體降低，所以可以縮短形成厚膜需要的長結(jié)晶生長時(shí)間，從而制造的生產(chǎn)量提高。另外，在將n電極設(shè)置于基板101的背面的情況下，不需要設(shè)置于背面整體，如圖7所示，可以設(shè)置于背面的一部分。
在通過橫向生長而形成的n-GaN層102的結(jié)合部211存在空隙，從而位錯(cuò)容易集中形成于結(jié)合部211的附近。在n-GaN層102中，在結(jié)合部211及其附近，也容易產(chǎn)生漏電流。因而，為了降低半導(dǎo)體激光器的閾值電流，提高長期可靠性，優(yōu)選采用電流不在結(jié)合部211流動(dòng)的構(gòu)造。在圖7的例中，n電極210關(guān)于結(jié)合部211配置于與脊帶等電流狹窄構(gòu)造相同的側(cè)。由此，可以使電流路徑不橫切存在于結(jié)合部211的附近的位錯(cuò)。
(實(shí)施方式3)接著，參照圖8，說明本發(fā)明的氮化合物系半導(dǎo)體裝置的第3實(shí)施方式。
本實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)與如圖1所示的結(jié)構(gòu)的不同點(diǎn)在于，在本實(shí)施方式的n-GaN基板101的表面設(shè)置有GaN層801(厚度1μm)。具體地，在n-GaN基板101的主面使GaN層801生長之后，通過在實(shí)施方式1中說明的方法，在基板主面形成有帶狀脊。
本實(shí)施方式的脊部(有抗蝕劑的凸部)的寬度X設(shè)定為約20μm，凹部的寬度Y設(shè)定為約5μm。凹部的底面及側(cè)面被掩模層103覆蓋，所述掩模層103由利用ECR濺射法或熱CVD法堆積的SiO2構(gòu)成。
n-GaN層102的選擇橫向生長，與在實(shí)施方式1中說明的方法同樣地實(shí)行。本實(shí)施方式的∑X/∑Y設(shè)定為8左右。
以下，說明設(shè)置于n-GaN基板101上的GaN層801的功能。
如上所述，在n-GaN基板101的主面存在拋光時(shí)產(chǎn)生的刮傷或損壞。在GaN基板的主面不僅存在因拋光而導(dǎo)致的表面損傷，也存在在制造GaN基板自身之際產(chǎn)生的結(jié)晶取向性的離散。因此，若在GaN基板上直接使GaN層外延生長，則有時(shí)得到的GaN層的表面平坦性或表面波度惡化。為了降低因這樣的基板主面的狀態(tài)而導(dǎo)致的不好影響，優(yōu)選在GaN基板101和n-GaN層102之間插入GaN層801等的緩沖層。
通過緩沖層的插入，降低基板構(gòu)造物的最表面的凹凸，改善其結(jié)晶表面的平坦性。又，也可以減輕因存在于GaN基板的主面的結(jié)晶取向性的離散而導(dǎo)致的不好影響。
GaN層801可以具有多層構(gòu)造。圖9表示在n-GaN基板101上以500～600℃左右的溫度使低溫GaN層1101生長之后，以1000～1100℃的溫度使高溫GaN層1102生長的構(gòu)造。通過低溫GaN層1101的生長，可以降低因n-GaN基板101內(nèi)在的缺陷而導(dǎo)致的影響，通過高溫GaN層1102，可以提高結(jié)晶性。因此，在高溫GaN層1102上生長的n-GaN層102的缺陷密度進(jìn)一步降低。
圖10表示將摻雜濃度即載流子濃度在厚度方向上不均勻的GaN層形成于GaN基板101上的構(gòu)造。在GaN基板101上疊層有5×1017cm-3左右的低載流子濃度(AlIn)GaN層1201、和1×1017cm-3左右的高載流子濃度(AlIn)GaN層1202。在此，(AlIn)GaN層表示GaN層、及GaN層的Ga的至少一部分被Al或In置換而得到的氮化合物系半導(dǎo)體的層。
另外，在本實(shí)施方式中，只在高載流子濃度(AlIn)GaN層1202形成凹凸，不過凹部的底面也可以到達(dá)低載流子濃度(AlIn)GaN層1201。
另外，n-GaN層102的生長，以與在實(shí)施方式1中說明的方法同樣的方法進(jìn)行。
若在GaN基板101的主面直接使高載流子濃度(AlIn)GaN層1201生長，則在高載流子濃度GaN結(jié)晶中產(chǎn)生位錯(cuò)，從而其結(jié)晶性惡化。因此，在使(AlIn)GaN結(jié)晶在GaN基板101的主面生長的最初的階段，優(yōu)選在載流子濃度盡可能低的條件下進(jìn)行結(jié)晶生長。
在圖10的例中，在GaN基板101上最初形成低載流子濃度的GaN層1201，不過因?yàn)閹挾日募共烤哂懈咻d流子濃度，所以電阻被充分降低。
高載流子濃度(AlIn)GaN層1202的露出表面作為種子部而起作用。從該種子部，n-GaN層102不僅縱向生長，也橫向生長。該n-GaN層102的載流子濃度不需要一樣，也可以具有分布。例如，也可以在生長初期的階段，形成5×1017cm-3以下的低載流子濃度GaN層1203，在其上疊層5×1017cm-3左右的高載流子濃度GaN層1204。
高載流子濃度(AlIN)GaN層1202的厚度優(yōu)選設(shè)定為50nm以上500nm以下的范圍，低載流子濃度GaN層1203的厚度優(yōu)選設(shè)定為50nm以上1000nm以下的范圍。
另外，插入于n型GaN層102和GaN基板101之間的緩沖層并不限定于GaN層，也可以由以Alx3Gay3Inz3N(x3+y3+z3＝1、x3≥0、y3≥0、z3≥0)表示的材料形成。
有時(shí)將這樣設(shè)置有緩沖層的基板、及未設(shè)置有緩沖層的基板，在本申請說明書中總稱為「基板構(gòu)造物」。即，基板構(gòu)造物有時(shí)僅由基板主體構(gòu)成，所述基板主體由Alx1Gay1Inz1N(x1+y1+z1＝1、x1≥0、y1≥0、z1≥0)結(jié)晶形成，有時(shí)是在這樣的基板主體上表面形成有Alx3Gay3Inz3N(x3+y3+z3＝1、x3≥0、y3≥0、z3≥0)結(jié)晶層的構(gòu)造物。在基板主體的最上表面形成有Alx3Gay3Inz3N(x3+y3+z3＝1、x3≥0、y3≥0、z3≥0)結(jié)晶層的情況，該結(jié)晶層的表面的特定區(qū)域作為「縱向生長區(qū)域」而起作用。
(實(shí)施方式4)以下，參照圖11，說明本發(fā)明的氮化合物半導(dǎo)體裝置的第4實(shí)施方式。
在如圖11所示的例中，形成于GaN基板101的主面的多個(gè)凹部的寬度的任一個(gè)均設(shè)定為約5μm左右，不過脊部(凸部)的寬度對應(yīng)于位置而變化。即，脊部的寬度在接近于晶片的外周附近的位置相對較小，不過寬度隨著接近于晶片的中心而變大。圖11的構(gòu)造在其它點(diǎn)上具有與參照圖1說明的實(shí)施方式1的結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)。
通過采用這樣的結(jié)構(gòu)，除了具有將存在于GaN基板101的位錯(cuò)密度降低1位數(shù)以上這一效果之外，也可以降低因存在于基板和半導(dǎo)體疊層構(gòu)造之間的晶格常數(shù)的差而導(dǎo)致的基板(晶片)的翹曲。
通常，若在將晶片狀的n-GaN基板101升溫到結(jié)晶生長溫度(1000～1100℃)之后，冷卻到室溫，則因存在于基板和半導(dǎo)體疊層構(gòu)造之間的晶格常數(shù)的差而在晶片產(chǎn)生翹曲。在半導(dǎo)體疊層構(gòu)造的晶格常數(shù)比GaN基板101的晶格常數(shù)小的情況、和大的情況下，翹曲的朝向不同。
在半導(dǎo)體疊層構(gòu)造的晶格常數(shù)比GaN基板101的晶格常數(shù)大的情況下，優(yōu)選將脊部的寬度設(shè)定為越靠近晶片的周邊部越窄。因?yàn)橛纱?，可以降低在晶片周邊部產(chǎn)生的應(yīng)力。另一方面，半導(dǎo)體疊層構(gòu)造的晶格常數(shù)比GaN基板101的晶格常數(shù)小的情況下，優(yōu)選將脊部的寬度設(shè)定為越靠近晶片的周邊部越寬。該情況下，可以將X/Y在晶片中心部設(shè)定為0.5左右，在晶片周邊部設(shè)定為2.0左右。
另外，即使將脊部(凸部)的寬度與位置無關(guān)地設(shè)定為一定值，使凹部的寬度對應(yīng)于晶片上的位置變化，也能夠得到相同的效果。不過，若過于增寬凹部的寬度，則有時(shí)為了達(dá)成n-GaN層102的結(jié)合而需要的結(jié)晶生長時(shí)間變得過長，所以優(yōu)選在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)調(diào)節(jié)寬度。該情況下，可以將X/Y在晶片中心部設(shè)定為0.5左右，在晶片周邊部設(shè)定為1.0左右。
工業(yè)上的可利用性本發(fā)明的氮化合物半導(dǎo)體元件作為需要可靠性高的GaN系半導(dǎo)體激光器的光記錄裝置、光顯示(激光顯示)裝置等的光源是有用的。又，本發(fā)明在對激光加工、醫(yī)用等的應(yīng)用上也是有用的。進(jìn)而，若將本發(fā)明應(yīng)用于具備溝道區(qū)域等活性區(qū)域的其它氮化合物系半導(dǎo)體裝置，則因?yàn)閷系佬纬捎诘腿毕輩^(qū)域，所以也可以實(shí)現(xiàn)可靠性高的設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種氮化合物系半導(dǎo)體裝置，其包括具有導(dǎo)電性的基板構(gòu)造物、及被所述基板構(gòu)造物支承的半導(dǎo)體疊層構(gòu)造物，所述基板構(gòu)造物的主面具有作為氮化合物系半導(dǎo)體的縱向生長的晶種而起作用的至少1個(gè)縱向生長區(qū)域、及使在所述縱向生長區(qū)域上生長的氮化合物半導(dǎo)體的橫向生長成為可能的多個(gè)橫向生長區(qū)域，在設(shè)定與所述基板構(gòu)造物的主面平行的第1方向上的所述縱向生長區(qū)域的尺寸的總和為∑X，所述第1方向上的所述多個(gè)橫向生長區(qū)域的尺寸的總和為∑Y時(shí)，∑X/∑Y＞1.0的關(guān)系成立。
2.如權(quán)利要求1所述的氮化合物系半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述基板構(gòu)造物由Alx1Gay1Inz1N(x1+y1+z1＝1、x1≥0、y1≥0、z1≥0)結(jié)晶形成，所述半導(dǎo)體疊層構(gòu)造物包括從所述基板構(gòu)造的主面上的所述縱向生長區(qū)域生長的Alx2Gay2Inz2N(x2+y2+z2＝1、x2≥0、y2≥0、z2≥0)結(jié)晶層。
3.如權(quán)利要求1所述的氮化合物系半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述基板構(gòu)造物包括由Alx1Gay1Inz1N(x1+y1+z1＝1、x1≥0、y1≥0、z1≥0)結(jié)晶形成的基板主體；及形成于所述基板主體的上表面，且表面起到作為所述基板構(gòu)造物的主面的作用的Alx3Gay3Inz3N(x3+y3+z3＝1、x3≥0、y3≥0、z3≥0)結(jié)晶層，所述半導(dǎo)體疊層構(gòu)造物包括從所述基板構(gòu)造的主面上的所述縱向生長區(qū)域生長的Alx2Gay2Inz2N(x2+y2+z2＝1、x2≥0、y2≥0、z2≥0)結(jié)晶的層。
4.如權(quán)利要求1所述的氮化合物系半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述基板構(gòu)造物的主面上的所述縱向生長區(qū)域及橫向生長區(qū)域沿與所述第1方向垂直的方向帶狀延伸。
5.如權(quán)利要求4所述的氮化合物系半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述基板構(gòu)造物的主面上的所述縱向生長區(qū)域由存在于所述基板構(gòu)造物的主面的帶狀脊部限定。
6.如權(quán)利要求4或5所述的氮化合物系半導(dǎo)體裝置，其特征在于，還包括覆蓋所述基板構(gòu)造物的主面的掩模層，所述掩模層具有在與所述縱向生長區(qū)域?qū)?yīng)的位置設(shè)置的帶狀的開口部；及在與所述橫向生長區(qū)域?qū)?yīng)的位置設(shè)置的掩模部。
7.如權(quán)利要求6所述的氮化合物系半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述掩模層的開口部的面積比所述掩模層的掩模部的面積的1.0倍大。
8.如權(quán)利要求2所述的氮化合物系半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述半導(dǎo)體疊層構(gòu)造物包括具有比所述Alx2Gay2Inz2N結(jié)晶層的帶隙小的帶隙的活性層，還包括用于對所述活性層的一部分注入載流子的電流狹窄構(gòu)造。
9.如權(quán)利要求8所述的氮化合物系半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述電流狹窄構(gòu)造位于所述基板構(gòu)造物的主面上的所述橫向生長區(qū)域的正上方。
10.如權(quán)利要求3所述的氮化合物系半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述Alx3Gay3Inz3N層的各構(gòu)成元素的摩爾比率x3、y3及z3的至少1個(gè)沿層厚方向變化的構(gòu)造。
11.如權(quán)利要求10所述的氮化合物系半導(dǎo)體裝置，其特征在于，所述Alx3Gay3Inz3N層具有多層構(gòu)造。
12.一種氮化合物系半導(dǎo)體裝置的制造方法，其包括工序(A)，是在準(zhǔn)備在主面具有作為氮化合物系半導(dǎo)體的縱向生長的晶種起作用的多個(gè)縱向生長區(qū)域、及使在所述縱向生長區(qū)域上生長的氮化合物半導(dǎo)體的橫向生長成為可能的多個(gè)橫向生長區(qū)域的基板構(gòu)造物的工序，所述基板構(gòu)造物準(zhǔn)備在設(shè)定與所述基板構(gòu)造物的主面平行的第1方向上的各縱向生長區(qū)域的尺寸為X、所述第1方向的各橫向生長區(qū)域的尺寸為Y時(shí)，X/Y＞1.0的關(guān)系成立；及工序(B)，在所述基板構(gòu)造物的主面上使氮化合物系半導(dǎo)體層生長。
13.如權(quán)利要求12所述的氮化合物系半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，所述工序(A)包括作為所述基板構(gòu)造物，準(zhǔn)備由Alx1Gay1Inz1N(x1+y1+z1＝1、x1≥0、y1≥0、z1≥0)結(jié)晶形成的晶片的工序，所述工序(B)包括從所述基板構(gòu)造物的主面上的所述縱向生長區(qū)域生長作為所述氮化合物系半導(dǎo)體層起作用的Alx2Gay2Inz2N(x2+y2+z2＝1、x2≥0、y2≥0、z2≥0)結(jié)晶層的工序。
14.如權(quán)利要求12所述的氮化合物系半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，所述工序(A)包括作為基板主體，準(zhǔn)備由Alx1Gay1Inz1N(x1+y1+z1＝1、x1≥0、y1≥0、z1≥0)結(jié)晶形成的晶片的工序(a1)；及在所述基板主體的上表面生長將表面作為所述基板構(gòu)造物的主面而起作用Alx3Gay3Inz3N(x3+y3+z3＝1、x3≥0、y3≥0、z3≥0)結(jié)晶層的工序(a2)，所述工序(B)包括從所述基板構(gòu)造物的主面上的所述縱向生長區(qū)域生長作為所述氮化合物系半導(dǎo)體層起作用的Alx2Gay2Inz2N(x2+y2+z2＝1、x2≥0、y2≥0、z2≥0)結(jié)晶層的工序。
15.如權(quán)利要求12所述的氮化合物系半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，所述基板構(gòu)造物的主面上的所述縱向生長區(qū)域及橫向生長區(qū)域沿與所述第1方向垂直的方向帶狀延伸。
16.如權(quán)利要求15所述的氮化合物系半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，所述基板構(gòu)造物的主面上的所述縱向生長區(qū)域由存在于所述基板構(gòu)造物的主面的帶狀脊部限定。
17.如權(quán)利要求16所述的氮化合物系半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，所述工序(A)包括由具有限定所述縱向生長區(qū)域的圖案的抗蝕掩模覆蓋所述基板構(gòu)造物的主面的工序；及選擇性地蝕刻所述基板構(gòu)造物的主面中未由所述抗蝕掩模覆蓋的部分的工序。
18.如權(quán)利要求16或17所述的氮化合物系半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，所述氮化合物系半導(dǎo)體裝置還包括覆蓋所述基板構(gòu)造物的主面的掩模層，所述掩模層具有在與所述縱向生長區(qū)域?qū)?yīng)的位置設(shè)置的帶狀的開口部；及在與所述橫向生長區(qū)域?qū)?yīng)的位置設(shè)置的掩模部。
19.如權(quán)利要求18所述的氮化合物系半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，所述掩模層的開口部的面積比所述掩模層的掩模部的面積的1.0倍大。
20.如權(quán)利要求13或14所述的氮化合物系半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，包括形成具有所述氮化合物系半導(dǎo)體層、及疊層于所述氮化合物半導(dǎo)體層上的其它半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體疊層構(gòu)造物的工序(C)，所述工序(C)包括形成具有比所述Alx2Gay2Inz2N結(jié)晶層的帶隙小的帶隙的活性層的工序(c1)；及形成用于對所述活性層的一部分注入載流子的電流狹窄構(gòu)造的工序(c2)。
21.如權(quán)利要求20所述的氮化合物系半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，所述工序(c2)包括在所述基板構(gòu)造物的主面上的所述橫向生長區(qū)域的正上方配置所述電流狹窄構(gòu)造的工序。
22.如權(quán)利要求15所述的氮化合物系半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，所述工序(a2)包括使所述Alx3Gay3Inz3N層的各構(gòu)成元素的摩爾比率x3、y3及z3中的至少1個(gè)沿層厚方向變化的工序。
23.如權(quán)利要求22所述的氮化合物系半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，所述Alx3Gay3Inz3N層具有多層構(gòu)造。
24.如權(quán)利要求13所述的氮化合物系半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，所述工序(a2)包括在所述Alx3Gay3Inz3N層的生長過程中使生長溫度變化的工序。
25.如權(quán)利要求12所述的氮化合物系半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，X及Y的至少一方對應(yīng)于處于晶片狀態(tài)的所述基板構(gòu)造物的主面上的位置而變化。
全文摘要
本發(fā)明的氮化合物系半導(dǎo)體裝置具備支承于具有導(dǎo)電性的基板構(gòu)造物101的半導(dǎo)體疊層構(gòu)造物?；鍢?gòu)造物101的主面具有作為氮化合物系半導(dǎo)體的縱向生長的晶種而起作用的至少1個(gè)縱向生長區(qū)域；及使在所述縱向生長區(qū)域上生長的氮化合物半導(dǎo)體的橫向生長成為可能的多個(gè)橫向生長區(qū)域。在設(shè)定由箭頭A表示的縱向生長區(qū)域的尺寸的總和為∑X，該方向的多個(gè)橫向生長區(qū)域的尺寸的總和為∑Y時(shí)，∑X/∑Y＞1.0的關(guān)系成立。
文檔編號H01S5/22GK1922772SQ20058000518
公開日2007年2月28日 申請日期2005年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月22日
發(fā)明者島本敏孝, 川口靖利, 長谷川義晃, 石橋明彥, 木戶口勛, 橫川俊哉 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社