專利名稱：氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法及氮化物系半導(dǎo)體元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法及氮化物半導(dǎo)體元件。
背景技術(shù)：
氮化物系半導(dǎo)體元件，作為下一代的大容量光盤用光源所使用的半導(dǎo)體激光元件等，其開發(fā)正在興盛起來。例如，可以參照國(guó)際公開公報(bào)WO 03/038957A1。
氮化物系半導(dǎo)體元件，可通過在氮化物系半導(dǎo)體基板上利用有機(jī)金屬氣相堆積法使氮化物系半導(dǎo)體各層進(jìn)行結(jié)晶成長(zhǎng)來制造。
圖1是示意性地表示氮化物系半導(dǎo)體基板的立體圖。
氮化物系半導(dǎo)體基板1701由貫通其表面1702和背面1703的條狀的結(jié)晶缺陷集中的位錯(cuò)集中區(qū)域1704、1705、1706、1707和正常的結(jié)晶區(qū)域構(gòu)成的非位錯(cuò)集中區(qū)域1708、1709、1710構(gòu)成。非位錯(cuò)集中區(qū)域1708、1709、1710的寬度、即位錯(cuò)集中區(qū)域之間的間隔例如約為400μm。
在該氮化物系半導(dǎo)體基板1701的表面1702上，例如利用有機(jī)金屬氣相堆積法(MOCVDMetalorganic Chemical Vapor Deposition)使氮化物系半導(dǎo)體進(jìn)行結(jié)晶成長(zhǎng)，得到氮化物系半導(dǎo)體的層疊結(jié)構(gòu)。
圖2是從與位錯(cuò)集中區(qū)域的延長(zhǎng)方向成直角的方向看所得到的現(xiàn)有的氮化物系半導(dǎo)體的層疊結(jié)構(gòu)的示意圖。在氮化物系半導(dǎo)體基板1701的表面1702上形成結(jié)晶成長(zhǎng)層1801、1802、1803。在這些結(jié)晶成長(zhǎng)層1801、1802、1803上，膜厚不是一定的，例如，在位錯(cuò)集中區(qū)域1704、1705附近的端部1804、1805處厚，在中央部1806處薄，是不均勻的。
為了由具有這樣的結(jié)晶成長(zhǎng)層1801、1802、1803的氮化物系半導(dǎo)體制作氮化物系半導(dǎo)體激光元件，需要形成條狀的光導(dǎo)波路，得到光封入結(jié)構(gòu)。為了形成光導(dǎo)波路而有多種方法，山脊形光導(dǎo)波路可以通過將深度和寬度精密地控制在百分之一μm左右精度的蝕刻技術(shù)來形成。
但是，在具有膜厚不均勻的結(jié)晶成長(zhǎng)層的氮化物系半導(dǎo)體激光元件中，因在光導(dǎo)波路的形成工序中蝕刻不均勻的原因，會(huì)造成特性惡化和成品率下降。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種在氮化物系半導(dǎo)體基板的非位錯(cuò)集中區(qū)域的表面上、在氮化物系半導(dǎo)體的層疊結(jié)構(gòu)中具有膜厚均勻的結(jié)晶成長(zhǎng)層的氮化物系半導(dǎo)體元件及其制造方法。
上述目的可以如下這樣來實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明是一種氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法，該氮化物系半導(dǎo)體元件使用了條狀的位錯(cuò)集中區(qū)域和非位錯(cuò)集中區(qū)域交互地存在、位錯(cuò)集中區(qū)域從表面貫通到背面的氮化物系半導(dǎo)體基板，其包括以下的工序在上述氮化物系半導(dǎo)體基板的非位錯(cuò)集中區(qū)域的表面上層疊氮化物系半導(dǎo)體層的層疊工序；在氮化物系半導(dǎo)體基板的表面上、在沿著上述位錯(cuò)集中區(qū)域的附近的非位錯(cuò)集中區(qū)域形成槽的槽形成工序；而且該槽形成工序在上述層疊工序之前進(jìn)行。
通過上述這樣的方法，可以保證在層疊工序中層疊的氮化物系半導(dǎo)體各層的膜厚的均勻性，可以改善元件特性以及制品成品率。
另外，上述槽形成工序包括在上述氮化物系半導(dǎo)體基板的表面上、在除去沿著上述位錯(cuò)集中區(qū)域的附近非位錯(cuò)集中區(qū)域的非位錯(cuò)集中區(qū)域形成蝕刻掩模的掩模形成子工序；對(duì)包括上述位錯(cuò)集中區(qū)域并且沿著位錯(cuò)集中區(qū)域的非位錯(cuò)集中區(qū)域進(jìn)行蝕刻的蝕刻子工序；除去在上述掩模形成子工序中形成的蝕刻掩模的掩模除去子工序。
根據(jù)這樣的方法，可以沿著位錯(cuò)集中區(qū)域，在包含位錯(cuò)集中區(qū)域的非位錯(cuò)集中區(qū)域形成槽。
另外，在上述掩模形成子工序中形成的蝕刻掩模由SiO2構(gòu)成，上述蝕刻子工序是使用Cl2氣體的反應(yīng)性離子蝕刻。
通過這樣的方法，可以確實(shí)地形成槽。
另外，由在上述掩模形成子工序中形成的蝕刻掩模之間的距離所決定的在蝕刻子工序中形成的槽的寬度和在上述蝕刻子工序中形成的槽的深度，應(yīng)形成為可以抑制在后續(xù)的層疊工序中應(yīng)層疊在位錯(cuò)集中區(qū)域表面的氮化物系半導(dǎo)體層向非位錯(cuò)集中區(qū)域的遷移的寬度和深度。
通過這樣的方法，可以抑制所層疊的氧化物系半導(dǎo)體的吸附晶種的遷移，可以確保膜厚的均勻性。
另外，在上述槽形成工序中所形成的槽，利用各向異性蝕刻來形成，并且從氮化物系半導(dǎo)體基板的表面朝槽底方向近乎直角地形成非位錯(cuò)集中區(qū)域的臺(tái)階部。
通過這樣的方法，可以容易地形成包含有位錯(cuò)集中區(qū)域的槽。
另外，在上述槽形成工序中所形成的槽，從氮化物系半導(dǎo)體基板的表面朝著槽底方向形成非位錯(cuò)集中區(qū)域的臺(tái)階部的斜面，該斜面是朝著位錯(cuò)集中區(qū)域一側(cè)傾斜的臺(tái)形狀。
通過這樣的方法，可以降低邊緣效應(yīng)，進(jìn)一步提高膜厚的均勻性。
另外，在上述槽形成工序中所形成的槽，從氮化物系半導(dǎo)體基板的表面朝著槽底方向形成非位錯(cuò)集中區(qū)域的臺(tái)階部的斜面，該斜面是朝著非位錯(cuò)集中區(qū)域一側(cè)傾斜的反臺(tái)形狀。
通過這樣的方法，可以進(jìn)一步抑制吸附晶種的遷移。
另外，還具有與在上述槽形成工序中形成的槽同時(shí)、在非位錯(cuò)集中區(qū)域拉開間隔地形成向著與上述槽成直角方向延伸的直角槽的直角槽形成工序。
按照這樣的方法，通過在兩個(gè)方向形成槽，可以進(jìn)一步地提高膜厚的均勻性，并且，氮化物系半導(dǎo)體元件的分離也變得容易。
另外，上述氮化物系半導(dǎo)體基板的表面由(0001)結(jié)晶面構(gòu)成。
通過這樣的方法，在分離氮化物系半導(dǎo)體元件時(shí)可以通過劈開而可以容易地進(jìn)行。
上述目的可以如下這樣來實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明是一種氮化物系半導(dǎo)體元件，它使用了具有條狀的位錯(cuò)集中區(qū)域的氮化物系半導(dǎo)體基板，其中在氮化物系半導(dǎo)體基板的非位錯(cuò)集中區(qū)域的至少一端部形成臺(tái)階部，在該臺(tái)階部的底部延伸位錯(cuò)集中區(qū)域，在上述非位錯(cuò)集中區(qū)域的表面上形成氮化物系半導(dǎo)體各層。
通過這樣的構(gòu)成，可以使構(gòu)成氮化物系半導(dǎo)體元件的氮化物系半導(dǎo)體各層的膜厚變得均勻，可以得到半導(dǎo)體特性優(yōu)異且成品率良好的氮化物系半導(dǎo)體元件。


圖1是示意性地表示具有條狀的位錯(cuò)集中區(qū)域的氮化物系半導(dǎo)體基板的立體圖。
圖2是現(xiàn)有的氮化物系半導(dǎo)體的層疊結(jié)構(gòu)剖面的示意圖。
圖3是用于說明本發(fā)明的氮化物系半導(dǎo)體元件的實(shí)施方式1的在GaN基板上形成的結(jié)晶成長(zhǎng)層的膜厚的剖面圖。
圖4A和圖4B是用于說明上述實(shí)施方式的槽形成工序的剖面圖。
圖5是用于說明上述實(shí)施方式的槽圖案的上面圖。
圖6是用于說明上述實(shí)施方式的氮化物系半導(dǎo)體元件的制造工序的剖面圖(之一)。
圖7是用于說明上述實(shí)施方式的氮化物系半導(dǎo)體元件的制造工序的剖面圖(之二)。
圖8是用于說明上述實(shí)施方式的氮化物系半導(dǎo)體元件的制造工序的剖面圖(之三)。
圖9是用于說明上述實(shí)施方式的氮化物系半導(dǎo)體元件的制造工序的剖面圖(之四)。
圖10是上述實(shí)施方式的氮化物系半導(dǎo)體元件的剖面圖。
圖11是用于說明本發(fā)明的氮化物系半導(dǎo)體元件的其他實(shí)施方式的槽圖案的上面圖。
圖12是表示其他實(shí)施方式的槽剖面的剖面圖(之一)。
圖13是表示其他實(shí)施方式的槽剖面的剖面圖(之二)。
圖14是表示其他實(shí)施方式的槽剖面的剖面圖(之三)。
圖15是表示其他實(shí)施方式的槽剖面的剖面圖(之四)。
圖16是用于估計(jì)在GaN基板上形成的結(jié)晶成長(zhǎng)層的膜厚的偏差的說明圖。
圖17是表示上述實(shí)施方式和現(xiàn)有例的膜厚的偏差的比較例的圖。
圖18是表示上述實(shí)施方式1的槽的深度和寬度與在CaN基板上形成的結(jié)晶成長(zhǎng)層的膜厚均勻性之間的關(guān)系的圖。
具體實(shí)施例方式
以下，使用附圖，對(duì)本發(fā)明的氮化物系半導(dǎo)體及其制造方法的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
圖3是用于說明在本發(fā)明的氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法的實(shí)施方式1中在GaN基板上形成的結(jié)晶成長(zhǎng)層的膜厚的剖面圖。
該氮化物系半導(dǎo)體元件101是在作為氮化物系半導(dǎo)體基板的GaN基板102的表面103上形成由氮化物系半導(dǎo)體的結(jié)晶成長(zhǎng)層104構(gòu)成的層疊結(jié)構(gòu)而成。
在GaN基板102上形成貫通表面103和背面105的條狀的結(jié)晶缺陷集中的位錯(cuò)集中區(qū)域106、107。沿著該位錯(cuò)集中區(qū)域106、107的延伸方向形成槽108、109。
通過MOCVD法，向在形成了該槽108、109的GaN基板102的表面103供給包含Ga、Al、In等的III族元素和N元素的結(jié)晶成長(zhǎng)原料，形成結(jié)晶成長(zhǎng)層104。
這些III族元素和N元素的吸附晶種幾乎不在位錯(cuò)集中區(qū)域106、107的表面吸附。本來應(yīng)該吸附在位錯(cuò)集中區(qū)域106、107上的吸附晶種在GaN基板102上所形成的槽108、109中堆積。另外，由于槽108、109是按照距離表面103具有深度d所形成的，所以可以抑制堆積在槽108、109的非位錯(cuò)集中區(qū)域的吸附晶種向槽108、109外的非位錯(cuò)集中區(qū)域110的表面103遷移。
其結(jié)果是，提高了在非位錯(cuò)集中區(qū)域110的表面103上形成的結(jié)晶成長(zhǎng)膜104的膜厚的均勻性。
另外，由于槽108、109是通過蝕刻而形成的，所以在槽108、109與表面103的分界處形成角。由于吸附晶種容易吸附在角立起的部分上(邊緣效應(yīng))，所以在角部分111、112上，在結(jié)晶成長(zhǎng)層104上形成有些突起的傾斜部113、114。
接下來，對(duì)本實(shí)施方式的氮化物系半導(dǎo)體基板的槽形成工序進(jìn)行說明。
如圖4A所示，將GaN基板102的(0001)結(jié)晶面作為表面103，在沿著形成有槽的位錯(cuò)集中區(qū)域106、107(貫通附圖紙面的方向)的非位錯(cuò)集中區(qū)域以外的非位錯(cuò)集中區(qū)域110的表面103上，利用PCVD法(Plasma Chemical Vaper Deposition)形成SiO2層，作為掩模201。另外，作為掩模201的材料，也可以使用Ni(鎳)、光刻膠、Al2O3、SiN等絕緣材料。掩模201的膜厚例如可以設(shè)為0.36μm。
將形成了SiO2層201的GaN基板102利用RIE(Reactive IonEtching)法有選擇地蝕刻位錯(cuò)集中區(qū)域106、107和其近旁的非位錯(cuò)集中區(qū)域。該蝕刻條件例如設(shè)定為使用Cl2氣體，氣壓為25mTorr，流量為25sccm，等離子體激發(fā)功率為200W，蝕刻速率為0.135μm/min。由此，形成距離GaN基板102的表面103具有深度d為1μm的槽。另外，關(guān)于蝕刻所用的氣體來說，也可以使用BCl3等含有氯的氣體。
在該蝕刻工序之后，除去作為掩模所形成的SiO2層。
圖4B是在槽形成工序中得到的GaN基板102的剖面圖。在GaN基板102的表面103上，形成有深度d＝1μm、寬度w＝100μm的槽108、109。
圖5是示意性地表示從圖4B的上方來看的GaN基板102的上面圖。在GaN基板102的表面103上，形成沿著條狀的位錯(cuò)集中區(qū)域106、107、…的槽108、109、…。這些槽108、109的中心間的間隔例如為400μm。
接下來，說明槽形成工序結(jié)束后的GaN基板102上作為氮化物系半導(dǎo)體元件的氮化物系半導(dǎo)體激光元件的層疊工序。另外，為了使說明簡(jiǎn)單，對(duì)于GaN基板102是n型導(dǎo)電性的情況進(jìn)行說明，剖面圖僅對(duì)于槽108、109的中心間進(jìn)行記載。
圖6是用于說明層疊工序的剖面圖。以下的層疊工序通過MOCVD法來進(jìn)行。
(1)在n型導(dǎo)電性的GaN基板102上，形成緩沖層401。該緩沖層形成工序是，將GaN基板102放入氫氣及氮?dú)猸h(huán)境的反應(yīng)爐中，在供給作為氮化物系半導(dǎo)體層的氮化原料的NH3氣體的狀態(tài)下，將GaN基板102加熱到1000℃左右。在GaN基板102的溫度達(dá)到約1000℃的時(shí)刻，將含有作為Ga原料的TMGa(三甲基鎵)及作為鋁原料的TMAl(三甲基鋁)的氫氣供給到反應(yīng)爐內(nèi)，在GaN基板102上形成不摻雜的Al0.01Ga0.99N層，作為緩沖層401。該緩沖層401，例如形成1.0μm的厚度，起到在該上層形成的氮化物系半導(dǎo)體激光結(jié)構(gòu)與GaN基板102之間的緩沖層的作用。
(2)在緩沖層401上形成n型包敷層402。
該包敷層形成工序是，將含有作為Ga原料的TMGa(三甲基鎵)及TMAl(三甲基鋁)、作為用于得到n型導(dǎo)電性的Ge雜質(zhì)原料的GeH4(甲鍺烷)的氫氣供給到反應(yīng)爐內(nèi)，形成厚度約為1.5μm的由摻雜了Ge的Al0.07Ga0.93N構(gòu)成的n型包敷層402。
(3)在n型包敷層402上形成n側(cè)載流子塊層403。
該n側(cè)載流子塊層形成工序是，將含有作為Ga原料的TMGa及作為鋁原料的TMAl的氫氣供給到反應(yīng)爐內(nèi)，形成厚度約為20nm的由Al0.2Ga0.8N構(gòu)成的n側(cè)載流子塊層403。
(4)在n側(cè)載流子塊層403上形成發(fā)光層404。
該發(fā)光層形成工序是，將GaN基板102的溫度降到約800℃左右，向供給了NH3氣體的氮?dú)猸h(huán)境的反應(yīng)爐內(nèi)供給作為Ga原料的TEGa(三乙基鎵)及作為In原料的TMIn(三甲基銦)，形成具有多重量子阱(MQWMultiple Quantum Well)結(jié)構(gòu)的MQW活性層。MQW活性層是，將厚度約為3.5nm的由不摻雜的InxGa1-xN構(gòu)成的3個(gè)量子阱層和厚度約為20nm的由不摻雜的InyGa1-yN構(gòu)成的3個(gè)量子壁壘層交替地層疊。
在此，x＞y，x＝0.15，y＝0.03。
在MQW活性層的上面，同樣地供給TEGa及TMIn，形成膜厚約為0.1μm的由不摻雜的In0.01Ga0.99N構(gòu)成的p側(cè)光導(dǎo)層。
向反應(yīng)爐供給作為Ga原料的TMGa及作為Al原料的TMAl，在p側(cè)光導(dǎo)層的上面，形成膜厚約為20nm的由Al0.25Ga0.75N構(gòu)成的p側(cè)載流子塊層。
發(fā)光層404由這些MQW活性層和p側(cè)光導(dǎo)層和載流子塊層構(gòu)成。
(5)在發(fā)光層404上形成p型包敷層405。
該包敷層形成工序是，再次將GaN基板102的溫度加熱到1000℃左右，在向反應(yīng)爐內(nèi)供給了NH3氣體的氫氣及氮?dú)猸h(huán)境中，向反應(yīng)爐供給作為p型雜質(zhì)Mg的原料的Mg(C5H5)2(環(huán)戊二烯基鎂)、作為Ga原料的TMGa及作為Al原料的TMAl，形成厚度約為0.5μm的由摻雜了Mg的Al0.07Ga0.93N構(gòu)成的p型包敷層405。
(6)在p型包敷層405上形成p側(cè)接觸層406。
該接觸層形成工序是，再度將GaN基板溫度降至800℃左右，在向反應(yīng)爐內(nèi)供給了NH3氣體的氮?dú)猸h(huán)境中，供給作為Ga原料的TMGa及作為In原料的TMIn，形成厚度約為2nm的由不摻雜的In0.07Ga0.93N構(gòu)成的p側(cè)接觸層406。
在以上的各工序中，使在GaN基板102上氮化物系半導(dǎo)體元件的層疊工序完成，將基板407的溫度降至室溫附近，將基板407從反應(yīng)爐中取出。
接下來，在形成了氮化物系半導(dǎo)體激光元件的層疊結(jié)構(gòu)的基板407上形成光導(dǎo)波路。
如圖7所示，光導(dǎo)波路形成工序包括在基板407的p側(cè)接觸層406上的近乎中央位置、與位錯(cuò)集中區(qū)域106、107的延伸方向近乎平行地形成寬度約為1.5μm的條狀的由SiO2構(gòu)成的掩模501；通過使用Cl2氣體的RIE法進(jìn)行的山脊形成蝕刻。
在山脊形成蝕刻中，如圖8所示，通過蝕刻除去形成了掩模501的區(qū)域以外的區(qū)域的p側(cè)接觸層406的全部和p型包敷層405的膜厚的約90％。由此，在p型包敷層601上形成膜厚約為0.45μm的突狀部602。
接下來，如圖9所示在p型包敷層601的平坦部和該突狀部602的側(cè)面形成由SiO2層構(gòu)成的電流塊層701，除去掩模501，該電流塊層形成約為0.2μm的膜厚。除去了掩模501的部分成為帶狀槽702。
如圖10所示，在除去了掩模501的帶狀槽702中，在p側(cè)接觸層406上形成了p側(cè)歐姆電極801后，形成覆蓋整個(gè)上面的p側(cè)襯墊電極802。
再將GaN基板102的背面105研磨到容易劈開的厚度后，在GaN基板102的背面105形成n側(cè)歐姆電極803和n側(cè)襯墊電極804，生成氮化物系半導(dǎo)體元件。
根據(jù)以上這樣的制造方法，由于在氮化物系半導(dǎo)體激光元件的疊層工序中的膜厚在非位錯(cuò)集中區(qū)域110近乎是均等的，所以即使在光導(dǎo)波路形成工序中的要求山脊形成蝕刻那樣的精度的蝕刻中，也不會(huì)制造不良品，可以提高制品的成品率。
按照在槽108、109之間具有2以上的山脊部的方式形成半導(dǎo)體激光元件也可以。
另外，在上述實(shí)施方式中，雖然形成了沿著GaN基板102的位錯(cuò)集中區(qū)域106等的槽108等，但是作為其他的槽形成圖案，也可形成圖11所示那樣的槽。
圖11是GaN基板102的上面圖。也可在非位錯(cuò)集中區(qū)域110的表面103上形成與槽108、109等成直角方向的直角槽901、902等。該直角槽901、902的間隔D，按照使從間隔D減了直角槽901等的槽寬的長(zhǎng)度為氮化物系半導(dǎo)體激光元件的光路長(zhǎng)或者其光路長(zhǎng)的整數(shù)倍數(shù)的長(zhǎng)度那樣形成即可。這樣的話，以該直角槽為基準(zhǔn)容易分離一個(gè)氮化物系半導(dǎo)體激光元件。
雖然在上述上實(shí)施方式中，槽108等通過各向異性蝕刻使剖面成為長(zhǎng)方形，但是將槽剖面按照以下這樣作成也可以。
圖12是將槽剖面1001作成臺(tái)形狀。通過作成這樣的形狀，可以降低邊緣效應(yīng)。這時(shí)，將槽深設(shè)為2μm。
圖13是將槽剖面1101作成反臺(tái)形狀。如果作成這樣的形狀的話，從槽內(nèi)向槽外的吸附晶種的遷移將更加減少。
而且，如圖14所示，也可以將槽剖面1201作成臺(tái)階形狀。
雖然上述各槽108等包含位錯(cuò)集中區(qū)域106等，但是也可以不蝕刻位錯(cuò)集中區(qū)域106，在位錯(cuò)集中區(qū)域106的兩側(cè)的非位錯(cuò)集中區(qū)域中形成一對(duì)的槽1301、1302。
在上述實(shí)施方式中，雖然使用n型GaN基板102進(jìn)行了說明，當(dāng)然也可以使用p型GaN基板。
在上述中，以具有山脊型光導(dǎo)波路結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器為例進(jìn)行了說明，但是由于根據(jù)本發(fā)明可以使氮化物系半導(dǎo)體各層的膜厚變?yōu)榫鶆?，所以即使用于具有其他光?dǎo)波路結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器，可以改善元件的特性以及提高制品的成品率。例如，在通過離子注入而形成光導(dǎo)波路的情況下，如果半導(dǎo)體各層的膜厚不均勻的話，由于對(duì)于層疊方向上的發(fā)光層位置的離子注入深度不同，所以橫方向的光封入不均勻，會(huì)對(duì)元件特性造成不良影響，但是根據(jù)本發(fā)明，由于可使氮化物系半導(dǎo)體各層的膜厚均勻，所以可以使上述離子注入深度均勻。其結(jié)果是，由于可以使橫方向的光封入均勻，所以可以改善元件特性以及提高制品的成品率。
通過形成條狀的電極而設(shè)置光導(dǎo)波路的電極條狀結(jié)構(gòu)(與上述的山脊型光導(dǎo)波路結(jié)構(gòu)不同，是不形成山脊部的結(jié)構(gòu))的情況下，若半導(dǎo)體各層的膜厚不均勻的話，有可能造成在其上面形成的電極的附著力的下降。而且，在將具有電極條狀結(jié)構(gòu)的元件從該電極側(cè)安裝在輔助支架等的基臺(tái)上的進(jìn)行所謂向下連接(Junctiondown)組裝的情況下，若半導(dǎo)體各層的膜厚不均勻的話，則防熱特性變壞，難以控制發(fā)光點(diǎn)的位置。其結(jié)果是，有可能造成元件特性變差，并導(dǎo)致制品的成品率降低。但是，根據(jù)本發(fā)明，由于可以使氮化物系半導(dǎo)體各層的膜厚均勻，所以可以解決這樣的問題，因此可以改善元件的特性以及提高產(chǎn)品的成品率。
雖然在上述實(shí)施方式中使用GaN基板作為氮化物系半導(dǎo)體基板進(jìn)行了說明，但是不限于此，也可以是包含AlGaN、AlN、AlGaInN的氮化物系半導(dǎo)體基板，當(dāng)然也可以使用在它們中加入了B的通式是AlGaInBN的基板。
雖然在上述的實(shí)施方式中使用MOCVD法進(jìn)行了氮化物系半導(dǎo)體各層的結(jié)晶成長(zhǎng)，但是不限于該方法，也可以使用HVPE(氫化物氣相堆積)法、或者、使用Al、Ga、In、NH3、SiH4、GeH4及Mg(C5H5)2等作為原料氣體的氣體源MBE(分子束堆積)法、使用Al、Ga、In、CeH4、Mg和氮自由基或聯(lián)氨的MBE法等進(jìn)行結(jié)晶成長(zhǎng)。
雖然在上述實(shí)施方式中在GaN基板的(0001)結(jié)晶面上層疊氮化物系半導(dǎo)體的各層，但是也可以在其他方向上進(jìn)行層疊。例如，也可以在(1-100)或(11-20)結(jié)晶面等的(H、K、-H-K、0)結(jié)晶面上層疊氮化物系半導(dǎo)體的各層。在這種情況下，在發(fā)光層不產(chǎn)生壓電電場(chǎng)，所以可以提高發(fā)光層的發(fā)光效率。
也可以使用在從(0001)結(jié)晶面起1.0°以下的范圍內(nèi)截?cái)嗟牡锵蛋雽?dǎo)體基板。
雖然在上述的實(shí)施方式中使用了MQW結(jié)構(gòu)作為發(fā)光層，發(fā)光層即使是單一量子阱結(jié)構(gòu)，也可以得到同樣的效果。
由于本發(fā)明的內(nèi)容涉及提高膜厚的均勻性的技術(shù)，所以從使發(fā)光層的膜厚等均勻等的觀點(diǎn)來看，對(duì)于發(fā)光二極管和受光元件也是有效的。而且，對(duì)于具有復(fù)雜的蝕刻圖案和電極圖案的FET等的有源元件也是有效的。
接下來，表示使上述實(shí)施方式中的GaN基板上的氮化物系半導(dǎo)體的層疊結(jié)構(gòu)的結(jié)晶成長(zhǎng)層的膜厚的均勻性與作為現(xiàn)有技術(shù)的不形成沿著位錯(cuò)集中區(qū)域的槽的情況相比較的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
圖16表示用于比較膜厚均勻性的膜厚測(cè)定方法。將結(jié)晶成長(zhǎng)層的最大膜厚部分與最小膜厚部分的膜厚差設(shè)為Δt。
在圖17中表示使平均膜厚為3μm時(shí)的比較例。
在比較例中，利用如現(xiàn)有例那樣不形成槽的情況、在實(shí)施方式1中說明了的圖5所示的槽圖案和圖11所示的槽圖案這三種進(jìn)行了比較。在第1欄中表示膜厚差，在第2欄中用％表示用平均膜厚除膜厚差所得的值。
從該圖可以理解到，在氮化物系半導(dǎo)體的結(jié)晶成長(zhǎng)層形成之前，通過形成槽，可以抑制吸附晶種的遷移，提高膜厚的均勻性。特別是，在沿著位錯(cuò)集中區(qū)域的方向和其直角方向的兩個(gè)方向上形成槽圖案時(shí)，可以完全地確保膜厚的均勻性。
接下來，圖18中的曲線表示該膜厚的均勻性與槽的深度和槽的寬度(半值)之間的關(guān)系。橫軸表示槽的半值寬度，縱軸是用μm單位來表示槽的深度。另外，該平均膜厚為3μm。圖中的×符號(hào)表示膜厚不均勻的點(diǎn)，△符號(hào)表示可以確保膜厚均勻性的分界點(diǎn)，○符號(hào)表示膜厚均勻性良好的點(diǎn)。其結(jié)果是，在曲線的上方(交叉線部分)，能夠確保膜厚均勻性，這點(diǎn)已由實(shí)驗(yàn)結(jié)果確認(rèn)。
如果加大槽的半值寬度，則可以阻礙非位錯(cuò)集中區(qū)域的有效利用，而若加深槽的深度的話，則蝕刻處理的效率變差。
因此，將槽的深度設(shè)為0.7μm～2.5μm的范圍、將槽的半值寬度與此相應(yīng)地設(shè)為70μm～20μm的范圍是有效的，本發(fā)明的氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法及氮化物系半導(dǎo)體元件，作為半導(dǎo)體激光特性優(yōu)異且在制造階段中提高了成品率的氮化物系半導(dǎo)體元件，在大容量光盤用光源等的領(lǐng)域中得到應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法，該氮化物系半導(dǎo)體元件使用了條狀的位錯(cuò)集中區(qū)域和非位錯(cuò)集中區(qū)域交互地存在、位錯(cuò)集中區(qū)域從表面貫通到背面的氮化物系半導(dǎo)體基板，其特征在于包括以下的工序?qū)盈B工序，在所述氮化物系半導(dǎo)體基板的非位錯(cuò)集中區(qū)域的表面上層疊氮化物系半導(dǎo)體層；槽形成工序，在氮化物系半導(dǎo)體基板的表面上、在沿著所述位錯(cuò)集中區(qū)域的附近的非位錯(cuò)集中區(qū)域形成槽；在此，該槽形成工序在所述層疊工序之前進(jìn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于所述槽形成工序包括以下的子工序掩模形成子工序，在所述氮化物系半導(dǎo)體基板的表面上、在除去沿著所述位錯(cuò)集中區(qū)域的附近非位錯(cuò)集中區(qū)域的非位錯(cuò)集中區(qū)域形成蝕刻掩模；蝕刻子工序，對(duì)包括所述位錯(cuò)集中區(qū)域并且沿著位錯(cuò)集中區(qū)域的非位錯(cuò)集中區(qū)域進(jìn)行蝕刻；掩模除去子工序，除去在所述掩模形成子工序中形成的蝕刻掩模。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于在所述掩模形成子工序中所形成的蝕刻掩模由SiO2構(gòu)成，所述蝕刻子工序是使用Cl2氣體的反應(yīng)性離子蝕刻。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于由在所述掩模形成子工序中形成的蝕刻掩模間的距離所決定的在蝕刻子工序中形成的槽的寬度和在所述蝕刻子工序中形成的槽的深度是可以抑制在后續(xù)的層疊工序中應(yīng)層疊在位錯(cuò)集中區(qū)域表面的氮化物系半導(dǎo)體層向非位錯(cuò)集中區(qū)域遷移的寬度和深度。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于在所述槽形成工序中所形成的槽，利用各向異性蝕刻來形成，并且從氮化物系半導(dǎo)體基板的表面朝槽底方向近乎呈直角地形成非位錯(cuò)集中區(qū)域的臺(tái)階部。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于在所述槽形成工序中所形成的槽，從氮化物系半導(dǎo)體基板的表面朝著槽底方向形成非位錯(cuò)集中區(qū)域的臺(tái)階部的斜面，該斜面是朝著位錯(cuò)集中區(qū)域一側(cè)傾斜的臺(tái)形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于在所述槽形成工序中所形成的槽，從氮化物系半導(dǎo)體基板的表面朝著槽底方向形成非位錯(cuò)集中區(qū)域的臺(tái)階部的斜面，該斜面是朝著非位錯(cuò)集中區(qū)域一側(cè)傾斜的反臺(tái)形狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于還包括以下的工序直角槽形成工序，在非位錯(cuò)集中區(qū)域拉開間隔地形成沿著與所述槽成直角的方向延伸的直角槽，在此，該直角槽形成工序與所述槽形成工序同時(shí)進(jìn)行。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法，其特征在于所述氮化物系半導(dǎo)體基板的表面由(0001)結(jié)晶面構(gòu)成。
10.一種氮化物系半導(dǎo)體元件，它使用了具有條狀的位錯(cuò)集中區(qū)域的氮化物系半導(dǎo)體基板，其特征在于在氮化物系半導(dǎo)體基板的非位錯(cuò)集中區(qū)域的至少一端部形成臺(tái)階部，在該臺(tái)階部的底部延伸位錯(cuò)集中區(qū)域，在所述非位錯(cuò)集中區(qū)域的表面上形成氮化物系半導(dǎo)體各層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種氮化物系半導(dǎo)體元件的制造方法，在具有從表面貫通到背面的條狀的位錯(cuò)集中區(qū)域的GaN基板的表面上將氮化物系半導(dǎo)體各層以均勻的膜厚進(jìn)行層疊。氮化物系半導(dǎo)體基板，例如，沿GaN基板表面的位錯(cuò)集中區(qū)域，在位錯(cuò)集中區(qū)域附近的非位錯(cuò)集中區(qū)域形成槽。在形成了該槽的GaN基板的表面上形成氮化物系半導(dǎo)體的各層，作為結(jié)晶成長(zhǎng)層。
文檔編號(hào)H01L21/76GK1677775SQ20051000847
公開日2005年10月5日 申請(qǐng)日期2005年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月31日
發(fā)明者狩野隆司, 山口勤, 伊豆博昭, 畑雅幸, 野村康彥 申請(qǐng)人:三洋電機(jī)株式會(huì)社