(57)【要約】【課題】窒化ガリウム系化合物半導体素子を提供する。【解決手段】＜０００１＞面に対して所定方向にその表面が０°より大きく、１°より小さい傾斜角ほど傾いたＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ基板（１１）（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、そし及び０≦ｘ＋ｙ≦１）と、基板（１１）の表面上に成長された窒化ガリウム系化合物半導体層（２０）とを備える窒化ガリウム系化合物半導体素子。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
＜０００１＞面に対して所定方向にその表面が０°より大きく、１°より小さい傾斜角ほど傾いたＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ基板（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、及び０≦ｘ＋ｙ≦１）と、
前記基板の表面上に成長された窒化ガリウム系化合物半導体層と、
を備えることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体素子。
【請求項２】
前記基板は、ｎ型またはｐ型にドーピングされたことを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子。
【請求項３】
前記所定方向は、＜１１−２０＞方向または＜１−１００＞方向であることを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子。
【請求項４】
前記基板表面の傾斜角は、０．０１°より大きい、または同じであり、１°より小さいことを特徴とする請求項３に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子。
【請求項５】
非極性特性を有する方向に垂直な面に対して、所定方向にその表面が０°より大きく、１０°より小さい、または、同じ傾斜角ほど傾いたＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ基板（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、及び０≦ｘ＋ｙ≦１）と、
前記基板の表面上に成長された窒化ガリウム系化合物半導体層と、
を備えることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体素子。
【請求項６】
前記非極性特性を有する方向に垂直な面は、＜１１−２０＞面、＜１−１００＞面、及び＜１−１０２＞面のうちの何れか一面であることを特徴とする請求項５に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子。
【請求項７】
前記基板は、ｎ型またはｐ型にドーピングされたことを特徴とする請求項５に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子。
【請求項８】
前記基板表面の傾斜角は、０．１°より大きい、または、同じであり、１°より小さい、または、同じであることを特徴とする請求項５に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子。
【請求項９】
前記窒化ガリウム系化合物半導体素子は、発光素子、レーザダイオード、または、受光素子であることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体素子に係り、さらに詳細には、基板上に成長される薄膜の表面特性が向上するように構造が改善されたＧａＮ系化合物半導体素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の窒化物半導体薄膜の成長において、異なる種類の基板を利用して薄膜を成長させる場合、格子定数差に起因した欠陥が発生し、素子特性の低下をもたらす。したがって、低欠陥ＧａＮ基板を利用した窒化物半導体素子の薄膜成長が必須である。しかし、ＧａＮ基板を利用してその上に薄膜を成長させる場合、成長される薄膜の不規則な表面形状、例えば、ヒロックまたは結晶性が問題点として現れた。特に、不規則なヒロックの発生は、その上に成長される薄膜組成において特定成分の偏析を発生させ、素子の性能を低下させる原因となる。また、薄膜素子の製造工程を難しくし、収率が低下する恐れもある。
【０００３】
したがって、ＧａＮ基板を利用して光素子薄膜を成長させる場合、前記基板上に成長される薄膜の表面形状を向上させて、その表面特性を向上させるための技術の開発が要求されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする技術的課題は、前述した従来の技術の問題点を改善するためのものであって、基板上に成長される薄膜の表面特性が向上したＧａＮ系化合物半導体素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によるＧａＮ系化合物半導体素子は、＜０００１＞面に対して所定方向にその表面が０°より大きく、１°より小さい傾斜角ほど傾いたＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ基板（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、及び０≦ｘ＋ｙ≦１）と、前記基板の表面上に成長されたＧａＮ系化合物半導体層とを備える。ここで、前記基板は、ｎ型またはｐ型にドーピングされることができる。望ましくは、前記所定方向は、＜１１−２０＞方向、または、＜１−１００＞方向であり、このとき、前記基板表面の傾斜角は、０．０１°より大きい、または、同じであり、１°より小さい。
【０００６】
また、本発明によるＧａＮ系化合物半導体素子は、非極性特性を有する方向に垂直な面に対して、所定方向にその表面が０°より大きく、１０°より小さい、または、同じ傾斜角ほど傾いたＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ基板（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、及び０≦ｘ＋ｙ≦１）と、前記基板の表面上に成長されたＧａＮ系化合物半導体層とを備える。ここで、前記非極性特性を有する方向に垂直な面は、＜１１−２０＞面、＜１−１００＞面、及び＜１−１０２＞面のうち何れか一面である。前記基板は、ｎ型またはｐ型にドーピングされることができる。望ましくは、前記基板表面の傾斜角は、０．１°より大きい、または、同じであり、１°より小さい、または、同じである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、基板上に成長されるＧａＮ系半導体化合物層上に不規則な表面形状及びヒロックの発生のような問題点が改善される。したがって、基板上に成長される薄膜の表面特性が向上し、素子特性に優れるＧａＮ系化合物半導体素子が得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明によるＧａＮ系化合物半導体素子の望ましい実施の形態を、添付された図面を参照して詳細に説明する。この過程で、図面に示した層や領域の厚さは、明細書の明確性のために誇張して示した。
【０００９】
図１は、本発明の第１実施形態によるＧａＮ系化合物半導体素子の概略的な構成を示す斜視図であり、図２は、図１の詳細図を示す。
【００１０】
図１及び図２を共に参照すれば、本発明の第１実施形態によるＧａＮ系化合物半導体素子は、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ基板１１（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、及び０≦ｘ＋ｙ≦１）及び基板１１の表面上にＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）で成長されたＧａＮ系化合物半導体層２０を備える。ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ基板１１は、ｎ型またはｐ型にドーピングされることができる。ここで、基板１１の表面は、＜０００１＞面に対して所定方向に０°より大きく、１°より小さい傾斜角ほど傾いている。望ましくは、基板１１の表面の傾斜角は、０．０１°より大きい、または同じであり、１°より小さい。前記所定方向は、＜１１−２０＞方向、または、＜１−１００＞方向である。
【００１１】
ＧａＮ系化合物半導体層２０は、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、及び０≦ｘ＋ｙ≦１）から形成された物質層であって、基板１１上に単層、または、多層に形成されて一つの単位素子を構成できる。例えば、ＧａＮ系化合物半導体層２０は、基板１１上に順次に積層されたｎ型クラッディング層２１、ｎ型光導波層２２、多重量子ウェル（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）活性層２３、ｐ型光導波層２４、及びｐ型クラッディング層２５を備えうる。ここで、前記ｎ型クラッディング層２１及びｐ型クラッディング層２５は、それぞれｎ型ＡｌＧａＮ及びｐ型ＡｌＧａＮから形成される。そして、ｎ型光導波層２２及びｐ型光導波層２４は、それぞれｎ型ＧａＮ及びｐ型ＧａＮから形成される。ＭＱＷ活性層２３は、ＩｎＧａＮから形成されたウェル層とＧａＮ、または、ＩｎＧａＮから形成されたバリヤ層とを備える。
【００１２】
このような構成を有する本発明で、＜０００１＞面に対する基板１１の表面の傾斜角を０°から１°の範囲内に制御することによって、ＧａＮ系化合物半導体層２０の異なる３つの表面形状が得られる。例えば、前記傾斜角をθに置換する時、θの範囲が０°＜θ≦０．１°、０．１°＜θ≦０．４°、または０．４°＜θ＜１．０°の範囲で、それぞれ異なる３つの表面形状、すなわち、ヒロック表面、ウェービ表面、及びミラー表面を得ることができる。望ましくは、前記傾斜角を０．１°から１．０°の範囲で制御することによって、ヒロックが存在していないＧａＮ系化合物半導体層の表面を得ることができる。さらに望ましくは、前記傾斜角を０．４°から１．０°の範囲に制御することによって、ヒロック及びウェービ表面が存在していないミラー表面のＧａＮ系化合物半導体層の表面を得ることができる。
【００１３】
本実施形態によれば、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ基板１１上にＧａＮ系化合物半導体層２０の成長時に、基板１１の傾斜角を制御して、ＧａＮ系化合物半導体層２０での不規則な表面形状、例えば、ヒロックの発生による問題点が改善される。特に、ヒロック付近のＩｎＧａＮウェル層内でＩｎの偏析の発生を減らすことができる。したがって、基板１１上に成長される薄膜の表面特性が向上し、素子特性に優れるＧａＮ系化合物半導体素子が得られる。
【００１４】
図３Ａから図３Ｃは、それぞれの表面傾斜角によって基板上に成長される薄膜の表面形状を示す光学干渉顕微鏡写真である。
【００１５】
図３Ａから図３Ｃは、それぞれ０．０１９°、０．３５°、及び０．４２°の傾斜角を有する窒化物半導体基板上に成長されたＧａＮ系化合物半導体層の表面を示し、それぞれに対して、ヒロック表面、ウェービ表面、及びミラー表面が形成されているものを示す。
【００１６】
図４は、本発明の第１実施形態によるＧａＮ系化合物半導体素子を利用したレーザダイオード（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）の概略的な構成を示す斜視図である。図２の第１実施形態で、ｐ型クラッディング層２５上にｐ型コンタクト層２６がさらに積層されており、ｐ型コンタクト層２６は、ｐ型ＧａＮから形成される。そして、ｐ型クラッディング層２５とｐ型コンタクト層２６とを所定深さにエッチングして、これらの側面を保護絶縁層２７で覆っている。そして、前記ｐ型コンタクト層２６上にｐ側電極２８が設けられており、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ基板１１の底面にｎ側電極３１が設けられている。ここで、ｐ側電極２８及びｎ側電極３１は、それぞれＮｉ／Ａｕ及びＴｉ／Ａｌである。
【００１７】
図５は、本発明の第２実施形態によるＧａＮ系化合物半導体素子の概略的な構成を示す斜視図であり、図６は図５の詳細図である。ここで、図１及び図２の第１実施形態と同じ構成要素については、重複する説明を省略し、同じ参照番号をそのまま使用する。
【００１８】
図５及び図６を参照すれば、本発明の第２実施形態によるＧａＮ系化合物半導体素子は、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ基板１２（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、及び０≦ｘ＋ｙ≦１）と基板１２の表面上にＭＯＣＶＤで成長されたＧａＮ系化合物半導体層２０とを備える。ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ基板１２は、ｎ型またはｐ型にドーピングされることができる。ここで、基板１２の表面は、非極性特性を有する方向に垂直な面、例えば、＜１１−２０＞面、＜１−１００＞面、及び＜１−１０２＞面のうち何れか一面に対して、所定方向に０°より大きく、１０°より小さい、または、同じ傾斜角ほど傾いている。望ましくは、基板１２の表面の傾斜角は、０．１°より大きい、または、同じであり、１°より小さい、または、同じである。ここで、所定方向は、非極性特性を有する方向に垂直な面、例えば、＜１１−２０＞面、＜１−１００＞面、及び＜１−１０２＞面のうち何れか一面上に存在する全ての方向を含むことができる。例えば、基板１２が＜１−１００＞面に対して傾斜角を有する場合、前記所定方向は、＜１−１００＞面上に存在する＜０００１＞方向であることができる。
【００１９】
本実施形態によれば、非極性特性を有する方向に垂直な面、例えば、それぞれ＜１１−２０＞面、＜１−１００＞面、または、＜１−１０２＞面に対する基板１２の表面の傾斜角を、０°から１０°の範囲内で制御することによって、ＧａＮ系化合物半導体層２０の異なる３つの表面形状、すなわち、ヒロック表面、ウェービ表面、及びミラー表面が得られる。
【００２０】
本発明は、図面に示した実施形態を参考として説明されたが、これは、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施の形態が可能であることが分かる。したがって、本発明の真の技術的範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決定されねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明によるＧａＮ系化合物半導体素子は、ＬＥＤ、ＬＤ、受光素子のような光電素子、または、他の電子素子に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態によるＧａＮ系化合物半導体素子の概略的な構成を示す斜視図である。
【図２】図１の詳細図である。
【図３Ａ】表面傾斜角によって基板上に成長される薄膜の表面形状ヒロックを示す光学干渉顕微鏡写真を示す図である。
【図３Ｂ】表面傾斜角によって基板上に成長される薄膜の表面形状ウェービを示す光学干渉顕微鏡写真を示す図である。
【図３Ｃ】表面傾斜角によって基板上に成長される薄膜の表面形状ミラーを示す光学干渉顕微鏡写真を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態によるＧａＮ系化合物半導体素子を利用したＬＤの概略的な構成を示す斜視図である。
【図５】本発明の第２実施形態によるＧａＮ系化合物半導体素子の概略的な構成を示す斜視図である。
【図６】図５の詳細図である。
【符号の説明】
【００２３】
１１    基板、
２０    ＧａＮ系化合物半導体層、
２１    ｎ型クラッディング層、
２２    ｎ型光導波層、
２３    ＭＱＷ活性層、
２４    ｐ型光導波層、
２５    ｐ型クラッディング層。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2006303417.tif 000009
【図３Ｃ】
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