JP2000049092A - Method for growing crystal of nitride semiconductor, nitride semiconductor device, and manufacture of the device - Google Patents

Method for growing crystal of nitride semiconductor, nitride semiconductor device, and manufacture of the device

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JP2000049092A
JP2000049092A JP14114399A JP14114399A JP2000049092A JP 2000049092 A JP2000049092 A JP 2000049092A JP 14114399 A JP14114399 A JP 14114399A JP 14114399 A JP14114399 A JP 14114399A JP 2000049092 A JP2000049092 A JP 2000049092A
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layer
metal
nitride semiconductor
crystal layer
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Kunio Ito
国雄 伊藤
Masahiro Ishida
昌宏 石田
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Matsushita Electronics Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a nitride semiconductor layer having less defects and dislocation by epitaxially growing a crystalline nitride semiconductor layer on a single- crystal metal nitride layer formed by nitriding a single-crystal metallic layer. SOLUTION: In a method for growing crystal of nitride semiconductor, a single-crystal insulator, single-crystal Si1-s-tGesCt (0<=s, t<=1, and 0<=s+t<=1) or A1-uBu (0<u<1 and A and B respectively represent Al, Ga, or In and As, P or Sb) semiconductor, or single-crystal metal, such as Hf, etc., is used as a single-crystal substrate 22. Then an Al1-x-yGaxIny (0<=x, y<=1, and 0<=x+y<1) is epitaxially grown on the substrate 22 as a single-crystal metallic layer 24 by using the cluster ion beam method. Thereafter, the layer 24 is nitride and a nitride layer expressed by Al1-s-tGasIntN (0ηs, t<=1, and 0<=s+t<=1) is epitaxially grown on the obtained metal nitride layer 25 at a nitride semiconductor layer 26.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、窒化物半導体の結
晶成長方法、窒化物半導体装置およびその製造方法に関
するものである。
The present invention relates to a method for growing a nitride semiconductor crystal, a nitride semiconductor device, and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】GaN、InN、AlN等の窒化物半導
体は、青色半導体レーザ装置や、高温で高速動作するト
ランジスタ等の半導体装置に用いる材料として好適であ
る。
2. Description of the Related Art Nitride semiconductors such as GaN, InN, and AlN are suitable as materials for use in blue semiconductor laser devices and semiconductor devices such as transistors that operate at high temperature and high speed.

【0003】半導体装置に好適に用いられる窒化物半導
体の単結晶層を得るために、種々の方法が検討されてき
た。
Various methods have been studied to obtain a single crystal layer of a nitride semiconductor suitably used for a semiconductor device.

【0004】サファイア(Al23)単結晶基板または
Si単結晶基板上に直接、窒化物半導体層(例えばAl
N)を有機金属気相エピタキシャル成長法(以下MOV
PE法;有機金属化学気相成長法(MOCVD法)とも
言われる)で堆積する技術が検討された。しかしなが
ら、この方法によって得られた窒化物半導体層は、表面
モフォロジが悪く、また窒化物半導体層にクラックが発
生し易く歩留まりが低い、等の問題があり、実用される
に至らなかった。クラックは、窒化物半導体層の成膜温
度(AlNの場合は約1000℃)から室温までに降温
する過程において、単結晶基板と窒化物半導体層との熱
膨張係数の違いによる熱応力に起因して発生すると考え
らる。
On a sapphire (Al 2 O 3 ) single crystal substrate or a Si single crystal substrate, a nitride semiconductor layer (for example, Al
N) by metalorganic vapor phase epitaxial growth (hereinafter referred to as MOV).
A technique for deposition by a PE method (also referred to as a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method)) has been studied. However, the nitride semiconductor layer obtained by this method has problems such as poor surface morphology, cracks easily occurring in the nitride semiconductor layer and low yield, and has not been put to practical use. Cracks are caused by thermal stress caused by a difference in thermal expansion coefficient between the single crystal substrate and the nitride semiconductor layer in the process of lowering the temperature from the film formation temperature of the nitride semiconductor layer (about 1000 ° C. in the case of AlN) to room temperature. It is thought to occur.

【0005】その後、サファイア単結晶基板やSi単結
晶基板上に、MOVPE法を用いて比較的低い温度で、
一旦アモルファスまたは多結晶の窒化物半導体層(Ga
NまたはGa1-aAlaN(0<a≦1)層)を形成し、
この窒化物半導体層を加熱することによって、部分的に
単結晶化されたバッファ層を形成し、このバッファ層上
に半導体装置を形成するための窒化物半導体層をエピタ
キシャル成長する技術が開発された(例えば、特開平4
−297023号公報および特開平7−312350号
公報)。
[0005] Thereafter, on a sapphire single crystal substrate or a Si single crystal substrate at a relatively low temperature by MOVPE,
Once the amorphous or polycrystalline nitride semiconductor layer (Ga
N or Ga 1-a Al a N (0 <a ≦ 1) layer),
A technique has been developed in which a buffer layer that is partially single-crystallized is formed by heating this nitride semiconductor layer, and a nitride semiconductor layer for forming a semiconductor device is epitaxially grown on this buffer layer ( For example, JP
-297023 and JP-A-7-312350).

【0006】バッファ層上に形成された窒化物半導体層
を用いた半導体装置の一例として、特開平6−1774
23号公報に開示されている発光素子が知られている。
この発光素子900は、図14に示すようにサファイア
基板92上に多結晶またはアモルファスの、GaNまた
はGa1-aAlaN(0<a≦1)よりなるバッファ層9
5、n型Ga1-bAlbN(0≦b<1)クラッド層9
6、n型InxGa1-xN(0<x<0.5)活性層9
7、p型Ga1-cAlcN(0≦c<1)クラッド層98
が順次積層された構造を有している。
An example of a semiconductor device using a nitride semiconductor layer formed on a buffer layer is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H6-1774.
A light-emitting device disclosed in Japanese Patent Publication No. 23 is known.
As shown in FIG. 14, the light emitting element 900 has a buffer layer 9 made of polycrystalline or amorphous GaN or Ga 1-a Al a N (0 <a ≦ 1) on a sapphire substrate 92.
5. n-type Ga 1-b Al b N (0 ≦ b <1) cladding layer 9
6. n-type In x Ga 1 -xN (0 <x <0.5) active layer 9
7. p-type Ga 1-c Al c N (0 ≦ c <1) cladding layer 98
Are sequentially laminated.

【0007】また、バッファ層95の結晶成長に関する
技術は、上述の特開平4−297023号公報および特
開平7−312350号公報に開示されている。特開平
4−297023号公報および特開平7−312350
号公報には、GaNまたはGa1-aAlaN(0<a≦
1)よりなるバッファ層95をMOVPE法を用い、2
00℃以上900℃以下の結晶成長温度にて積層する方
法が示されている。この方法は、多結晶のGa1-aAla
N(0≦a≦1)よりなるバッファ層95をサファイア
基板92上に低温で積層し、その上にMOVPE法を用
い、1000℃程度の結晶成長温度で積層される窒化物
半導体結晶層、例えばn型Ga1-bAlbNクラッド層9
6を積層する前の昇温過程においてバッファ層95の一
部を単結晶化するものである。
Further, a technique relating to the crystal growth of the buffer layer 95 is disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 4-297523 and 7-312350. Japanese Patent Application Laid-Open Nos. H4-297023 and H7-312350
In the publication, GaN or Ga 1-a Al a N (0 <a ≦
The buffer layer 95 of 1) is
A method of laminating at a crystal growth temperature of not less than 00 ° C and not more than 900 ° C is shown. This method uses a polycrystalline Ga 1-a Al a
A buffer layer 95 made of N (0 ≦ a ≦ 1) is laminated on a sapphire substrate 92 at a low temperature, and a nitride semiconductor crystal layer laminated on the sapphire substrate 92 at a crystal growth temperature of about 1000 ° C. by MOVPE, for example, n-type Ga 1-b Al b N cladding layer 9
This is to monocrystallize a part of the buffer layer 95 in the temperature raising process before the layer 6 is laminated.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本願発
明者が、上記従来の方法によりサファイア基板上に低温
で成長させたバッファ層の上に成長させた窒化物半導体
結晶の断面を透過型電子顕微鏡などで詳細に調べた結
果、上記の従来技術の結晶成長方法によって得られた窒
化物半導体結晶層は多くの転位を有しており、その結
果、得られた半導体装置の寿命が短いことが分かった。
However, the inventor of the present invention has proposed that the cross section of a nitride semiconductor crystal grown on a buffer layer grown on a sapphire substrate at a low temperature by the above-mentioned conventional method can be obtained by a transmission electron microscope or the like. In detail, it was found that the nitride semiconductor crystal layer obtained by the above-described conventional crystal growth method has many dislocations, and as a result, the life of the obtained semiconductor device is short. .

【0009】上記従来の半導体装置の製造方法におい
て、窒化物半導体結晶層を結晶成長する前の昇温過程に
おいてバッファ層95が単結晶化されるのはサファイア
基板92の面内の一部の領域だけである。従って、バッ
ファ層95が単結晶化されない領域においては、バッフ
ァ層95を構成する多結晶の配向性が悪く、サファイア
基板92とバッファ層95との界面で転位(欠陥)が発
生し、それが窒化物半導体結晶層(クラッド層96、活
性層97及びクラッド層98)にまで成長していくと考
えられる。窒化物半導体結晶層中の転位の密度は109
cm-2にも達し、半導体装置の寿命を短くしていた。
In the above-described conventional method for manufacturing a semiconductor device, the buffer layer 95 is monocrystallized in the temperature increasing step before the crystal growth of the nitride semiconductor crystal layer is formed in a part of the surface of the sapphire substrate 92. Only. Accordingly, in a region where the buffer layer 95 is not single-crystallized, the orientation of the polycrystal constituting the buffer layer 95 is poor, and dislocations (defects) occur at the interface between the sapphire substrate 92 and the buffer layer 95, which is nitrided. It is considered that the compound semiconductor crystal layer (cladding layer 96, active layer 97, and cladding layer 98) grows. The density of dislocations in the nitride semiconductor crystal layer is 10 9
cm -2 , shortening the life of the semiconductor device.

【0010】また、サファイア単結晶基板の表面を窒化
することによって、AlNからなるバッファ層を形成す
る技術も検討されたが(例えば、特開昭63−1785
16号公報)、バッファ層にクラックが発生したり、上
述の従来技術と同様に、バッファ層に多量の転位が発生
し、実用化されるに至っていない。
A technique for forming a buffer layer made of AlN by nitriding the surface of a sapphire single crystal substrate has also been studied (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-1785).
No. 16), cracks occur in the buffer layer, and a large amount of dislocations occur in the buffer layer in the same manner as in the above-described prior art, and the buffer layer has not been put to practical use.

【0011】本発明はこのような課題を解決するための
ものであり、窒化物半導体結晶層における転位を従来よ
りも減少させる窒化物半導体の結晶成長方法、寿命が長
く信頼性の高い窒化物半導体装置およびその製造方法を
提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and a nitride semiconductor crystal growth method for reducing dislocations in a nitride semiconductor crystal layer as compared with the prior art, and a nitride semiconductor having a long life and high reliability. It is an object to provide an apparatus and a method for manufacturing the same.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明の窒化物半導体の
結晶成長方法は、基板上に第1金属単結晶層を形成する
工程と、前記第1金属単結晶層を窒化することによって
金属窒化物単結晶層を形成する工程と、前記金属窒化物
単結晶層上に第1窒化物半導体層をエピタキシャル成長
する工程とを包含し、そのことによって上記目的が達成
される。
According to the present invention, there is provided a method for growing a nitride semiconductor crystal, comprising: forming a first metal single crystal layer on a substrate; and nitriding the first metal single crystal layer. Forming a nitride single crystal layer and epitaxially growing a first nitride semiconductor layer on the metal nitride single crystal layer, thereby achieving the above object.

【0013】前記第1金属単結晶層を形成する工程は、
単結晶基板を用意する工程と、前記単結晶基板上に前記
第1金属単結晶層をエピタキシャル成長させる工程とを
包含することが好ましい。
The step of forming the first metal single crystal layer includes:
It is preferable to include a step of preparing a single crystal substrate and a step of epitaxially growing the first metal single crystal layer on the single crystal substrate.

【0014】前記第1金属単結晶層をエピタキシャル成
長させる工程はクラスターイオンビーム法によって行わ
れることが好ましい。
Preferably, the step of epitaxially growing the first metal single crystal layer is performed by a cluster ion beam method.

【0015】ある実施例において、前記第1金属単結晶
層は、Al1-x-yGaxIny(0≦x、y≦1、0≦x
+y<1)から形成されている。
In one embodiment, the first metal single crystal layer is formed of Al 1-xy Ga x In y (0 ≦ x, y ≦ 1, 0 ≦ x
+ Y <1).

【0016】ある実施例において、前記第1窒化物半導
体層は、Al1-s-tGasIntN(0≦s、t≦1、0
≦s+t≦1)から形成されている。
[0016] In certain embodiments, the first nitride semiconductor layer, Al 1-st Ga s In t N (0 ≦ s, t ≦ 1,0
≦ s + t ≦ 1).

【0017】前記第1金属単結晶層を窒化する工程は、
少なくともヒドラジンまたはアンモニアを含む雰囲気中
で、前記第1金属単結晶層を窒化する工程であることが
好まし。
The step of nitriding the first metal single crystal layer includes:
Preferably, the step is a step of nitriding the first metal single crystal layer in an atmosphere containing at least hydrazine or ammonia.

【0018】前記第1金属単結晶層を窒化する工程は、
前記第1金属単結晶層の金属原子を前記単結晶基板中に
拡散させることによって、前記単結晶基板の表面に金属
拡散層を形成する工程を包含してもよい。
The step of nitriding the first metal single crystal layer comprises:
The method may include a step of forming a metal diffusion layer on a surface of the single crystal substrate by diffusing metal atoms of the first metal single crystal layer into the single crystal substrate.

【0019】前記単結晶基板上に第2金属単結晶層を形
成する工程を更に包含し、前記第1金属単結晶層を形成
する工程は、前記第2金属単結晶層上に前記第1金属単
結晶層をエピタキシャル成長する工程であってもよい。
The method further includes the step of forming a second metal single crystal layer on the single crystal substrate, and the step of forming the first metal single crystal layer includes forming the first metal single crystal layer on the second metal single crystal layer. It may be a step of epitaxially growing a single crystal layer.

【0020】前記第1金属単結晶層を窒化する工程は、
前記第2金属単結晶層の金属原子を前記単結晶基板中に
拡散させることによって、前記単結晶基板の表面に金属
拡散層を形成する工程を包含してもよい。
The step of nitriding the first metal single crystal layer includes:
The method may include forming a metal diffusion layer on the surface of the single crystal substrate by diffusing metal atoms of the second metal single crystal layer into the single crystal substrate.

【0021】本発明の窒化物半導体装置の製造方法は、
半導体積層構造と前記半導体積層構造に電圧を印加する
ための一対の電極を有する窒化物半導体装置の製造方法
であって、前記半導体積層構造を形成する工程は、請求
項1に記載の窒化物半導体の結晶成長方法によって、第
1窒化物半導体層をエピタキシャル成長する工程を包含
し、そのことによって上記目的が達成される。
The method for manufacturing a nitride semiconductor device according to the present invention comprises:
2. A method for manufacturing a nitride semiconductor device having a semiconductor multilayer structure and a pair of electrodes for applying a voltage to the semiconductor multilayer structure, wherein the step of forming the semiconductor multilayer structure includes the step of forming a nitride semiconductor according to claim 1. And a step of epitaxially growing the first nitride semiconductor layer, thereby achieving the above object.

【0022】前記単結晶基板は導電性を有する単結晶基
板であって、前記電極を形成する工程は、前記単結晶基
板および前記半導体積層構造を介して互いに対向する面
に一対の電極を形成する工程であることが好ましい。
The single crystal substrate is a conductive single crystal substrate, and the step of forming the electrodes includes forming a pair of electrodes on surfaces facing each other with the single crystal substrate and the semiconductor laminated structure interposed therebetween. It is preferably a step.

【0023】前記第1窒化物半導体層をエピタキシャル
成長する工程は、前記単結晶基板として半導体単結晶基
板を用い、前記半導体単結晶基板上に前記金属単結晶層
をエピタキシャル成長する工程と、前記金属単結晶層を
窒化することによって前記金属窒化物単結晶層を形成す
るとともに、前記金属単結晶層の金属原子を拡散させる
ことによって前記半導体単結晶基板の表面に金属拡散層
を形成する工程とを包含してもよい。
The step of epitaxially growing the first nitride semiconductor layer includes the steps of: using a semiconductor single crystal substrate as the single crystal substrate, epitaxially growing the metal single crystal layer on the semiconductor single crystal substrate; Forming the metal nitride single crystal layer by nitriding a layer, and forming a metal diffusion layer on the surface of the semiconductor single crystal substrate by diffusing metal atoms of the metal single crystal layer. You may.

【0024】ある実施例において、前記単結晶基板は
(111)面を主面とするSi単結晶基板であって、前
記金属単結晶層を形成する工程は、前記Si単結晶基板
の(111)面上に、(111)面を主面とするAl
1-x-yGaxIny(0≦x、y≦1、0≦x+y<1)
からなる層をエピタキシャル成長させる工程であって、
前記金属窒化物単結晶層を形成する工程は、前記Al
1-x-yGaxInyからなる前記金属単結晶層を窒化する
ことによって、(0001)を主面とするAl1-x-y
xInyNからなる前記金属窒化物単結晶層を形成する
工程である。
In one embodiment, the single crystal substrate is a Si single crystal substrate having a (111) plane as a main surface, and the step of forming the metal single crystal layer includes the step of forming the (111) plane of the Si single crystal substrate. Al on the (111) plane as the main surface
1-xy Ga x In y (0 ≦ x, y ≦ 1, 0 ≦ x + y <1)
A step of epitaxially growing a layer consisting of
The step of forming the metal nitride single crystal layer comprises the step of:
By nitriding the metal single crystal layer made of 1-xy Ga x In y, Al 1-xy G having a main surface of (0001) is obtained.
a step of forming the metal nitride single crystal layer consisting of a x In y N.

【0025】本発明による窒化物半導体装置は、単結晶
基板と、前記単結晶基板上に形成された、窒化された金
属単結晶層から形成されている金属窒化物単結晶層と、
前記金属窒化物単結晶層上にエピタキシャル成長された
第1窒化物半導体層を含む半導体積層構造と、前記半導
体積層構造に電圧を印加するための一対の電極とを有
し、そのことによって上記目的が達成される。
A nitride semiconductor device according to the present invention comprises: a single crystal substrate; a metal nitride single crystal layer formed from a nitrided metal single crystal layer formed on the single crystal substrate.
A semiconductor multilayer structure including a first nitride semiconductor layer epitaxially grown on the metal nitride single crystal layer; and a pair of electrodes for applying a voltage to the semiconductor multilayer structure. Achieved.

【0026】ある実施例の窒化物半導体装置は、導電性
を有する単結晶基板と、前記単結晶基板上に形成され
た、窒化された金属単結晶層から形成されている金属窒
化物単結晶層と、前記金属窒化物単結晶層上にエピタキ
シャル成長された第1窒化物半導体層を含む半導体積層
構造と、前記単結晶基板と前記半導体積層構造とを介し
て、互いに対向する面に設けられた一対の電極とを有す
る。
In one embodiment, a nitride semiconductor device comprises: a conductive single crystal substrate; and a metal nitride single crystal layer formed from a nitrided metal single crystal layer formed on the single crystal substrate. A semiconductor laminated structure including a first nitride semiconductor layer epitaxially grown on the metal nitride single crystal layer; and a pair of semiconductor laminated structures provided on surfaces facing each other via the single crystal substrate and the semiconductor laminated structure. Electrodes.

【0027】前記単結晶基板の上に、第1金属単結晶層
を更に有し、前記金属窒化物単結晶層は、前記第1金属
単結晶層上にエピタキシャル成長された第2金属単結晶
層が窒化された層から形成されている構成であってもよ
い。
A first metal single crystal layer is further provided on the single crystal substrate, wherein the metal nitride single crystal layer is formed by epitaxially growing a second metal single crystal layer on the first metal single crystal layer. A configuration formed from a nitrided layer may be used.

【0028】前記単結晶基板は、前記金属窒化物単結晶
層の金属原子が拡散した金属拡散層を有してもよい。ま
た、前記単結晶基板は、前記第1金属単結晶層の金属原
子が拡散した金属拡散層を有してもよい。
The single crystal substrate may have a metal diffusion layer in which metal atoms of the metal nitride single crystal layer are diffused. Further, the single crystal substrate may include a metal diffusion layer in which metal atoms of the first metal single crystal layer are diffused.

【0029】前記単結晶基板は、Si1-s-tGes
t(0≦s、t≦1、0≦s+t≦1)から形成されて
いてもよい。あるいは、前記単結晶基板は、A1-u
u(0<u<1)から形成されており、ここでAはA
l、Ga及びInの内の1つであり、BはAs、P及び
Sbの内の1つであってもよい。また、前記単結晶基板
は、サファイア、スピネル、酸化マグネシウム、酸化亜
鉛、酸化クロム、酸化リチウムニオブ、酸化リチウムタ
ンタルおよび酸化リチウムガリウムからなる群から選択
されてもよい。
The single crystal substrate is made of Si 1-st Ge s C
t (0 ≦ s, t ≦ 1, 0 ≦ s + t ≦ 1). Alternatively, the single crystal substrate is composed of A 1-u B
u (0 <u <1), where A is A
I may be one of Ga, In and B may be one of As, P and Sb. Further, the single crystal substrate may be selected from the group consisting of sapphire, spinel, magnesium oxide, zinc oxide, chromium oxide, lithium niobium oxide, lithium tantalum oxide, and lithium gallium oxide.

【0030】ある実施例において、前記第1金属単結晶
層は、AuまたはAuを含む合金から形成されている。
In one embodiment, the first metal single crystal layer is made of Au or an alloy containing Au.

【0031】ある実施例において、前記金属窒化物単結
晶層は、Al1-x-yGaxInyN(0≦x、y≦1、0
≦x+y<1)から形成されている。
In one embodiment, the metal nitride single crystal layer is formed of Al 1-xy Ga x In y N (0 ≦ x, y ≦ 1, 0
.Ltoreq.x + y <1).

【0032】ある実施例において、前記単結晶基板は
(111)面を主面とするSi単結晶基板であって、前
記金属窒化物単結晶層は(111)面上に形成され、且
つ(0001)を主面とする。
In one embodiment, the single crystal substrate is a Si single crystal substrate having a (111) plane as a main surface, wherein the metal nitride single crystal layer is formed on a (111) plane, and ) As the main surface.

【0033】[0033]

【発明の実施の形態】本発明の窒化物半導体の結晶成長
方法は、まず、基板上に金属単結晶層を形成し、金属単
結晶層を窒化することによって金属窒化物単結晶層を形
成する。その後、得られた金属窒化物単結晶層上に窒化
物半導体層をエピタキシャル成長する。窒化工程におい
て、金属単結晶層の全てを窒化する必要は無い。金属単
結晶層の一部を窒化し、表面に形成された金属窒化物単
結晶層上に窒化物半導体層をエピタキシャル成長しても
よい。さらに、窒化される金属単結晶層とは異なる金属
単結晶層を基板上に形成し、その上に窒化される金属単
結晶層を形成してもよい。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the method for growing a nitride semiconductor crystal according to the present invention, first, a metal single crystal layer is formed on a substrate, and the metal single crystal layer is nitrided to form a metal nitride single crystal layer. . Thereafter, a nitride semiconductor layer is epitaxially grown on the obtained metal nitride single crystal layer. In the nitriding step, it is not necessary to nitride all of the metal single crystal layer. A part of the metal single crystal layer may be nitrided, and a nitride semiconductor layer may be epitaxially grown on the metal nitride single crystal layer formed on the surface. Further, a metal single crystal layer different from the metal single crystal layer to be nitrided may be formed on the substrate, and the metal single crystal layer to be nitrided may be formed thereon.

【0034】その上に窒化物半導体層がエピタキシャル
成長される金属窒化物単結晶層は、従来のバッファ層と
して機能し、窒化物半導体層の結晶性を高める。金属単
結晶層を窒化することによって金属窒化物からなるバッ
ファ層を形成すると、従来の多結晶層や多結晶層が部分
的に単結晶化された層とは異なり、欠陥の少ない単結晶
層が形成されるので、その上に転位密度の低い窒化物半
導体層をエピタキシャル成長によって堆積することがで
きる。
The metal nitride single crystal layer on which a nitride semiconductor layer is epitaxially grown functions as a conventional buffer layer and improves the crystallinity of the nitride semiconductor layer. When a buffer layer made of metal nitride is formed by nitriding a metal single crystal layer, unlike a conventional polycrystalline layer or a layer in which the polycrystalline layer is partially monocrystallized, a single crystal layer with few defects is formed. As a result, a nitride semiconductor layer having a low dislocation density can be deposited thereon by epitaxial growth.

【0035】また、従来の成長方法よりも、金属窒化物
単結晶層またはその上に形成される窒化物半導体層にク
ラックが発生することを抑制・防止することができる。
クラックの発生が抑制されるメカニズムは、金属単結
晶層の形成工程および金属単結晶層の窒化工程の熱履歴
によって金属窒化物単結晶層と基板または金属単結晶層
との間に発生する熱応力が低減されている、金属単結
晶層または金属窒化物単結晶層と基板との界面の状態
が、従来の成長方法によって形成される状態と異なり、
応力を緩和または応力の発生を抑制すると推測される。
In addition, it is possible to suppress and prevent the occurrence of cracks in the metal nitride single crystal layer or the nitride semiconductor layer formed thereon as compared with the conventional growth method.
The mechanism by which cracks are suppressed is the thermal stress generated between the metal nitride single crystal layer and the substrate or the metal single crystal layer due to the thermal history of the metal single crystal layer forming step and the metal single crystal layer nitriding step. Is reduced, the state of the interface between the substrate and the metal single crystal layer or metal nitride single crystal layer is different from the state formed by the conventional growth method,
It is assumed that the stress is relaxed or the generation of the stress is suppressed.

【0036】金属単結晶層の形成は、従来から知られて
いる方法を用いて実施することができる。例えば、クラ
スタイオンビーム(Ionized Cluster Beam:ICB)法やス
パッタ法を用いて、単結晶基板上に金属単結晶層をエピ
タキシャル成長することによって、金属単結晶層を形成
することができる。ICB法を用いた金属単結晶層の成
長方法(ICB装置及び成長条件)は、例えば、H. Ino
kawa et al. Jpn. J.Appl. Phys. 24, (1985) pp. L173
-L174、I. Yamada et al. J. Appl. Phys. 56(1986) p
p. 2746-2750、山田公著、日本表面科学会編「イオンビ
ームによる薄膜設計」第5.5節、第90〜95頁、共
立出版、1991等に記載されている。また、スパッタ
法を用いた金属単結晶層の成長方法は、S. Yokoyama et
al. Jpn. J. Appl. Phys. 32(1993)pp. L283- L286に
記載されている。特に、ICB法を用いることによっ
て、品質の良い金属単結晶層(単結晶基板との界面の状
態も良いと推測される)を形成することができる。ま
た、ICB法を用いると、格子不整合の比較的大きな
(例えば、約25%以上)単結晶基板上に金属単結晶層
をエピタキシャル成長することができる。本願発明の実
施形態における金属単結晶層の形成方法に用いられる金
属単結晶層のエピタキシャル成長方法を開示する文献と
して、上記文献を本願明細書に援用する。
The metal single crystal layer can be formed by using a conventionally known method. For example, a metal single crystal layer can be formed by epitaxially growing a metal single crystal layer on a single crystal substrate by using a cluster ion beam (ICB) method or a sputtering method. A method of growing a metal single crystal layer using the ICB method (ICB apparatus and growth conditions) is described in, for example, H. Ino
kawa et al. Jpn. J. Appl. Phys. 24, (1985) pp. L173
-L174, I. Yamada et al. J. Appl. Phys. 56 (1986) p
p. 2746-2750, written by K. Yamada, edited by The Surface Science Society of Japan, "Thin Film Design Using Ion Beams", Section 5.5, pp. 90-95, Kyoritsu Shuppan, 1991 and the like. Also, a method of growing a metal single crystal layer using a sputtering method is described in S. Yokoyama et.
al. Jpn. J. Appl. Phys. 32 (1993) pp. L283-L286. In particular, by using the ICB method, a high-quality metal single crystal layer (the state of the interface with the single crystal substrate is also presumed to be good) can be formed. When the ICB method is used, a metal single crystal layer can be epitaxially grown on a single crystal substrate having a relatively large lattice mismatch (for example, about 25% or more). The above document is incorporated herein by reference as a document disclosing a method for epitaxially growing a metal single crystal layer used in the method for forming a metal single crystal layer in the embodiment of the present invention.

【0037】単結晶基板上に金属単結晶層をエピタキシ
ャル成長する方法において、種々の単結晶基板を用いる
ことができる。単結晶基板は、誘電体(絶縁体)であっ
てもよし、導電性を有してもよい(半導体や導電体)。
導電性を有する基板を用いることによって、半導体装置
の構造を簡略化できる利点がある。このことは、半導体
装置の製造方法の実施形態において後に詳述する。
In the method of epitaxially growing a metal single crystal layer on a single crystal substrate, various single crystal substrates can be used. The single crystal substrate may be a dielectric (insulator) or may have conductivity (semiconductor or conductor).
By using a conductive substrate, there is an advantage that the structure of a semiconductor device can be simplified. This will be described later in detail in an embodiment of a method of manufacturing a semiconductor device.

【0038】本願発明による窒化物半導体の結晶成長方
法を用いて窒化物半導体装置を製造すると、窒化物半導
体層のクラックの発生や欠陥の密度を低下することがで
きるので、寿命が長く信頼性に優れた窒化物半導体装置
を製造することができる。
When a nitride semiconductor device is manufactured by using the nitride semiconductor crystal growth method according to the present invention, cracks in the nitride semiconductor layer and the density of defects can be reduced. An excellent nitride semiconductor device can be manufactured.

【0039】本発明による実施形態の窒化物半導体の結
晶成長方法を図1〜図6を参照しながら説明する。以下
の図において、基本的な機能が同一の構成要素は、簡単
さのために同一の参照符号で示す。
A method for growing a nitride semiconductor crystal according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the following drawings, components having the same basic functions are denoted by the same reference numerals for simplicity.

【0040】図1(a)、(b)および(c)は、本発
明による一実施形態の窒化物半導体の結晶成長方法の工
程を説明するための断面図である。
FIGS. 1A, 1B, and 1C are cross-sectional views for explaining steps of a nitride semiconductor crystal growth method according to one embodiment of the present invention.

【0041】図1(a)に示すように、基板22上に金
属単結晶層24を形成する。例えば、基板22として単
結晶基板を用い、単結晶基板22上にICB法を用いて
金属単結晶層をエピタキシャル成長させる。ICB法は
上述の文献に開示されている方法で実施できる。例え
ば、約1×10-9Torr(約1.4×10-7Pa)以
下の雰囲気中、常温で実施することができる。エピタキ
シャル成長工程の前に、単結晶基板22の表面を清浄化
する工程を実施してもよい。
As shown in FIG. 1A, a metal single crystal layer 24 is formed on a substrate 22. For example, a single crystal substrate is used as the substrate 22, and a metal single crystal layer is epitaxially grown on the single crystal substrate 22 by using the ICB method. The ICB method can be implemented by the method disclosed in the above-mentioned document. For example, it can be performed at room temperature in an atmosphere of about 1 × 10 −9 Torr (about 1.4 × 10 −7 Pa) or less. Before the epitaxial growth step, a step of cleaning the surface of the single crystal substrate 22 may be performed.

【0042】単結晶基板22としては、サファイア、ス
ピネル、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化クロム、酸
化リチウムニオブ、酸化リチウムタンタルおよび酸化リ
チウムガリウムなどの絶縁体単結晶や、Si1-s-tGes
t(0≦s、t≦1、0≦s+t≦1)やA1-u
u(0<u<1、ここでAはAl、Ga及びInの内の
1つであり、BはAs、P及びSbの内の1つである)
で表される半導体単結晶や、ハフニウム等の金属単結晶
を用いることができる。単結晶基板22上にエピタキシ
ャル成長される金属単結晶層24は、例えば、Al
1-x-yGaxIny(0≦x、y≦1、0≦x+y<1)
から形成される。
As the single crystal substrate 22, an insulator single crystal such as sapphire, spinel, magnesium oxide, zinc oxide, chromium oxide, lithium niobium oxide, lithium tantalum oxide and lithium gallium oxide, or Si 1-st Ge s
C t (0 ≦ s, t ≦ 1, 0 ≦ s + t ≦ 1) or A 1-u B
u (0 <u <1, where A is one of Al, Ga and In, and B is one of As, P and Sb)
And a metal single crystal such as hafnium can be used. The metal single crystal layer 24 epitaxially grown on the single crystal substrate 22 is made of, for example, Al
1-xy Ga x In y (0 ≦ x, y ≦ 1, 0 ≦ x + y <1)
Formed from

【0043】次に、図1(b)に示すように、金属単結
晶層24を窒化することによって、金属窒化物単結晶層
25を形成する。窒化工程は、窒素を含む化合物雰囲気
中で、金属単結晶層24を加熱することによって実施で
きる。窒素を含む化合物として、ヒドラジン(N24
またはアンモニア(NH3)を好適に用いることができ
る。特に、ヒドラジンはアンモニアによりも窒化能力が
高く、窒化時間を短縮または窒化温度を低くすることが
できるので好ましい。
Next, as shown in FIG. 1 (b), the metal single crystal layer 24 is nitrided to form a metal nitride single crystal layer 25. The nitriding step can be performed by heating the metal single crystal layer 24 in a compound atmosphere containing nitrogen. As a compound containing nitrogen, hydrazine (N 2 H 4 )
Alternatively, ammonia (NH 3 ) can be suitably used. In particular, hydrazine is preferable because it has a higher nitriding ability than ammonia and can shorten the nitriding time or lower the nitriding temperature.

【0044】窒化温度は適宜必要に応じて設定できる。
但し、窒化温度の上限は、金属単結晶層24の融点未満
であることが好ましい。融点以上の温度に長時間加熱す
ると金属単結晶層24が融解し、結晶構造が崩れるの
で、窒化によって形成された金属窒化物層が単結晶とな
らない場合や、多くの転位を含む結晶層となることがあ
る。良質の金属窒化物単結晶層を形成するためには、金
属単結晶層の融点よりも約100℃以上低い温度以下の
温度で窒化することが好ましい。窒化温度の下限値に特
に制限は無い。金属の窒化反応はアレニウス型の反応な
ので、窒化温度が高いほど短時間に窒化が進む。例え
ば、Al1-x-yGaxIny金属単結晶層を窒化する温度
は、ヒドラジンを用いる場合には約200℃以上が好ま
しく、アンモニアを用いる場合には約400℃以上が好
ましい。上述の温度条件であれば、それぞれ、数十nm
の金属単結晶層を数十分で窒化することができる。な
お、金属単結晶層24を窒化することによって得られる
金属窒化物単結晶層25は、金属単結晶層24よりも厚
さが大きいので、図1(b)ではそれを強調して図示し
ている。
The nitriding temperature can be appropriately set as needed.
However, the upper limit of the nitriding temperature is preferably lower than the melting point of the metal single crystal layer 24. When the metal single crystal layer 24 is heated to a temperature higher than the melting point for a long time, the metal single crystal layer 24 is melted and the crystal structure is broken, so that the metal nitride layer formed by nitriding does not become a single crystal, or becomes a crystal layer containing many dislocations. Sometimes. In order to form a high-quality metal nitride single crystal layer, it is preferable to perform nitriding at a temperature not higher than about 100 ° C. and lower than the melting point of the metal single crystal layer. There is no particular lower limit on the nitriding temperature. Since the metal nitridation reaction is an Arrhenius type reaction, the higher the nitridation temperature, the faster the nitridation proceeds. For example, the temperature for nitriding the Al 1-xy Ga x In y metal single crystal layer is preferably about 200 ° C. or higher when using hydrazine, and preferably about 400 ° C. or higher when using ammonia. With the above-mentioned temperature conditions, each is several tens of nm.
Can be nitrided in several tens of minutes. Since the metal nitride single crystal layer 25 obtained by nitriding the metal single crystal layer 24 is thicker than the metal single crystal layer 24, FIG. I have.

【0045】得られた金属窒化物層25上に、常法に従
って、窒化物半導体層26をエピタキシャル成長する。
例えば、窒化物半導体層26として、Al1-s-tGas
tN(0≦s、t≦1、0≦s+t≦1)で表される
窒化物からなる層をエピタキシャル成長することができ
る。窒化物半導体層26の組成と金属窒化物層25の組
成は勿論異なってもよい。金属窒化物単結晶層25は転
位の少ない単結晶層なので、その上にエピキシャル成長
された窒化物半導体層26も転位の少ない単結晶層とな
る。また、金属窒化物単結晶層25およびその上に形成
された窒化物半導体層26中のクラック発生が抑制され
る。例えば、従来の方法に従って、Si単結晶基板にA
lNバッファ層を高温(約1000℃)で堆積し、Al
Nバッファ層上にGaN層をエピタキシャル成長する
と、平均約20μm間隔でクラックが発生するのに対し
て、本願発明の方法に従って、Si単結晶基板に形成し
たAl金属単結晶層を窒化することによってAlN層を
形成し、AlN層上にGaN層をエピタキシャル成長す
ると、クラック間の平均距離は約2mm〜30mm程度
となる。本発明の結晶成長方法に従って形成された窒化
物半導体層に発生するクラック間の平均距離は約10m
m以上であり、歩留まり良く半導体素子を製造すること
ができる。
On the obtained metal nitride layer 25, a nitride semiconductor layer 26 is epitaxially grown according to a conventional method.
For example, as the nitride semiconductor layer 26, Al 1-st Ga s I
A layer composed of a nitride represented by n t N (0 ≦ s, t ≦ 1, 0 ≦ s + t ≦ 1) can be epitaxially grown. The composition of the nitride semiconductor layer 26 and the composition of the metal nitride layer 25 may of course be different. Since the metal nitride single crystal layer 25 is a single crystal layer having few dislocations, the nitride semiconductor layer 26 epitaxially grown thereon is also a single crystal layer having few dislocations. Further, the occurrence of cracks in the metal nitride single crystal layer 25 and the nitride semiconductor layer 26 formed thereon is suppressed. For example, according to a conventional method, A single crystal
A 1N buffer layer is deposited at high temperature (about 1000 ° C.)
When a GaN layer is epitaxially grown on an N buffer layer, cracks are generated at an average interval of about 20 μm. On the other hand, according to the method of the present invention, an AlN layer is formed by nitriding an Al metal single crystal layer formed on a Si single crystal substrate. Is formed, and when the GaN layer is epitaxially grown on the AlN layer, the average distance between cracks is about 2 mm to 30 mm. The average distance between cracks generated in the nitride semiconductor layer formed according to the crystal growth method of the present invention is about 10 m.
m or more, and a semiconductor element can be manufactured with high yield.

【0046】窒化物半導体の結晶成長方法の他の実施形
態を図2(a)、(b)および(c)に示す。この実施
形態は、図2(b)に示した窒化工程において、金属単
結晶層24が窒化されるとともに、金属単結晶層24を
構成する金属原子が基板22中に拡散し、基板22の表
面(金属窒化物単結晶層25との界面)に金属拡散層2
2aを形成する点において、図1に示した実施形態と異
なる。
FIGS. 2A, 2B and 2C show another embodiment of the method for growing a nitride semiconductor crystal. In this embodiment, in the nitridation step shown in FIG. 2B, the metal single crystal layer 24 is nitrided, and the metal atoms forming the metal single crystal layer 24 diffuse into the substrate 22 and the surface of the substrate 22 (Interface with metal nitride single crystal layer 25) metal diffusion layer 2
The embodiment differs from the embodiment shown in FIG. 1 in that 2a is formed.

【0047】この金属原子の拡散の起こり易さは、単結
晶基板22の材料と金属単結晶層24の材料との組み合
わせに依存する。例えば、単結晶基板22として、Si
単結晶基板やA1-uu(0<u<1、ここでAはAl、
Ga及びInの内の1つであり、BはAs、P及びSb
の内の1つである)で表される半導体単結晶基板を用
い、金属単結晶層24として、AlまたはAlを含む合
金、更に具体的には、Al1-x-yGaxInyで表される
金属単結晶層を用いると、Al原子が基板22中に拡散
し金属拡散層22aを形成しやすい。例えば、Alを用
いて金属単結晶層24を形成し、約550℃で、約1時
間窒化処理することによって、約1nmの金属拡散層2
2aが形成される。
The likelihood of the diffusion of the metal atoms depends on the combination of the material of the single crystal substrate 22 and the material of the metal single crystal layer 24. For example, as the single crystal substrate 22, Si
A single crystal substrate or A 1-u Bu (0 <u <1, where A is Al,
Ga and one of In, B is As, P and Sb
A semiconductor single crystal substrate represented by is one) of the, metal single crystal layer 24, an alloy containing Al or Al, and more specifically, is represented by Al 1-xy Ga x In y When a metal single crystal layer is used, Al atoms diffuse into the substrate 22 to easily form the metal diffusion layer 22a. For example, a metal single crystal layer 24 is formed using Al, and is subjected to a nitriding treatment at about 550 ° C. for about 1 hour, so that a metal diffusion layer 2 of about 1 nm is formed.
2a is formed.

【0048】この金属拡散層22aは、基板22と金属
窒化物単結晶層25との接着性を改善するとともに熱膨
張係数の違いに起因する応力を緩和する働きをすると考
えられる。また、基板22とその上に形成される積層構
造との間の接触熱抵抗を低減することができる。さら
に、単結晶基板22および金属窒化物単結晶層25が導
電性を有する場合、金属拡散層22aによってこれらの
間にオーミックコンタクトを形成することができる。
It is considered that the metal diffusion layer 22a functions to improve the adhesiveness between the substrate 22 and the metal nitride single crystal layer 25 and to alleviate the stress caused by the difference in the coefficient of thermal expansion. Further, the contact thermal resistance between the substrate 22 and the laminated structure formed thereon can be reduced. Further, when the single crystal substrate 22 and the metal nitride single crystal layer 25 have conductivity, an ohmic contact can be formed between them by the metal diffusion layer 22a.

【0049】窒化物半導体の結晶成長方法の他の実施形
態を図3(a)、(b)および(c)に示す。この実施
形態は、図3(b)に示した窒化工程において、金属単
結晶層24の一部だけが窒化され金属窒化物単結晶層2
5が形成されている点において、図1に示した実施形態
と異なる。金属単結晶層24の内の窒化される厚さは、
例えば、窒化時間を調整することによって制御できる。
FIGS. 3A, 3B and 3C show another embodiment of a method for growing a nitride semiconductor crystal. In this embodiment, only a part of the metal single crystal layer 24 is nitrided in the nitriding step shown in FIG.
5 is different from the embodiment shown in FIG. The thickness of the metal single crystal layer 24 to be nitrided is
For example, it can be controlled by adjusting the nitriding time.

【0050】金属単結晶層24を完全に窒化せずに、単
結晶基板22と金属窒化物単結晶層25との間に金属単
結晶24を有することによって、単結晶基板22とその
上に形成される積層構造体との間の接触熱抵抗を低減す
ることができる。また、単結晶基板22と金属窒化物単
結晶層25との間に発生する応力を金属単結晶層24で
緩和することができる。これは、一般に金属の弾性率は
金属窒化物の弾性率よりも低いからと考えられる。
By forming the metal single crystal layer 24 between the single crystal substrate 22 and the metal nitride single crystal layer 25 without completely nitriding the metal single crystal layer 24, Contact thermal resistance with the laminated structure to be formed can be reduced. Further, the stress generated between the single crystal substrate 22 and the metal nitride single crystal layer 25 can be reduced by the metal single crystal layer 24. This is probably because the elastic modulus of the metal is generally lower than that of the metal nitride.

【0051】窒化物半導体の結晶成長方法の他の実施形
態を図4(a)、(b)および(c)に示す。この実施
形態は、図4(b)に示した窒化工程において、金属単
結晶層24の一部が窒化されて金属窒化物単結晶層25
が形成されるとともに、金属単結晶層24を構成する金
属原子が基板22中に拡散し、基板22の表面(金属単
結晶層24との界面)に金属拡散層22aを形成する点
において、図1に示した実施形態と異なる。図2に示し
た実施形態について説明したように、金属拡散層22a
の形成のされ易さは、単結晶基板22の材料と金属単結
晶層24の材料との組み合わせに依存する。先に説明し
た材料の組み合わせを用いて、且つ金属単結晶層24の
内の窒化される厚さを制御することによって、図4
(b)に示した構造を得ることができる。窒化される厚
さの制御は、図3に示した実施形態について説明したよ
うに、例えば、窒化時間を調整することによって行うこ
とができる。
FIGS. 4A, 4B and 4C show another embodiment of the nitride semiconductor crystal growth method. In this embodiment, in the nitriding step shown in FIG. 4B, a part of the metal single crystal layer 24 is nitrided to form a metal nitride single crystal layer 25.
Is formed, and metal atoms forming the metal single crystal layer 24 diffuse into the substrate 22 to form a metal diffusion layer 22a on the surface of the substrate 22 (interface with the metal single crystal layer 24). 1 is different from the embodiment shown in FIG. As described in the embodiment shown in FIG. 2, the metal diffusion layer 22a
Is easily formed depends on the combination of the material of the single crystal substrate 22 and the material of the metal single crystal layer 24. By using the combination of materials described above and controlling the thickness of the metal single crystal layer 24 to be nitrided, FIG.
The structure shown in (b) can be obtained. The control of the thickness to be nitrided can be performed, for example, by adjusting the nitriding time as described in the embodiment shown in FIG.

【0052】さらに、窒化物半導体の結晶成長方法の他
の実施形態を図5(a)、(b)、(c)および(d)
に示す。この実施形態は、図5(a)に示したように、
基板22上に窒化される金属単結晶層24を形成する前
に、別の金属単結晶層23を形成する工程を更に含んで
いる点において、先の実施形態と異なる。
FIGS. 5A, 5B, 5C and 5D show another embodiment of the method for growing a nitride semiconductor crystal.
Shown in In this embodiment, as shown in FIG.
The difference from the previous embodiment is that the method further includes a step of forming another metal single crystal layer 23 before forming the metal single crystal layer 24 to be nitrided on the substrate 22.

【0053】金属単結晶層23は、先の実施形態におけ
る金属単結晶層24と同様に公知の方法で形成される。
例えば、基板22として単結晶基板22を用意し、その
上に金属単結晶層23を例えばICB法を用いてエピタ
キシャル成長させる。金属単結晶層23を形成する金属
材料としては、AuまたはAuを含む合金(例えばAu
とGeとの合金)を用いることが好ましい。更なる金属
単結晶層23を形成することによって、単結晶基板22
とその上に形成される積層構造との間の接触熱抵抗を低
減することができる。
The metal single crystal layer 23 is formed by a known method similarly to the metal single crystal layer 24 in the above embodiment.
For example, a single crystal substrate 22 is prepared as the substrate 22, and a metal single crystal layer 23 is epitaxially grown thereon by using, for example, an ICB method. The metal material forming the metal single crystal layer 23 is Au or an alloy containing Au (for example, Au).
And an alloy of Ge and Ge). By forming an additional metal single crystal layer 23, the single crystal substrate 22
The contact thermal resistance between the layer and the laminated structure formed thereon can be reduced.

【0054】また、金属単結晶層23をAuまたはAu
を含む合金で形成する場合に、単結晶基板22としてS
1-s-tGest(0≦s、t≦1、0≦s+t≦1)
やA1 -uu(0<u<1、ここでAはAl、Ga及びI
nの内の1つであり、BはAs、P及びSbの内の1つ
である)で表される半導体単結晶基板を用いると、金属
単結晶層24を窒化する工程において、金属単結晶層2
3を構成する原子が単結晶基板22中に拡散し、金属拡
散層を形成するので、単結晶基板22とその上に形成さ
れる半導体積層構造との間の接触熱抵抗とともに接触電
気抵抗を低減できる。金属単結晶層23を構成する一部
の原子を拡散させても良いし、図6(a)〜図6(d)
に示すように、金属単結晶層24を窒化して金属窒化物
単結晶層25を形成する工程において、金属単結晶層2
3を構成する全ての原子を単結晶基板22中に拡散させ
ることによって金属拡散層22aを形成してもよい。こ
の方法を用いると、金属単結晶層23は消失する(図6
(c))。金属単結晶層23を拡散によって消失させる
ためには、金属単結晶層23の厚さを約3nm以下とす
ることが好ましい。また、金属単結晶層24の窒化工程
の温度および時間を、金属単結晶層23の拡散の程度を
考慮して設定すればよい。例えば、金属単結晶層24の
窒化反応が終了した後も、金属単結晶層23の拡散を進
行させるために加熱し続けても良い。
The metal single crystal layer 23 is made of Au or Au.
When formed from an alloy containing
i 1-st Ge s C t (0 ≦ s, t ≦ 1, 0 ≦ s + t ≦ 1)
Or A 1 -u Bu (0 <u <1, where A is Al, Ga and I
n is one of n, and B is one of As, P and Sb). In the step of nitriding the metal single crystal layer 24, the metal single crystal Layer 2
3 is diffused into the single-crystal substrate 22 to form a metal diffusion layer, so that the contact thermal resistance and the contact electric resistance between the single-crystal substrate 22 and the semiconductor multilayer structure formed thereon are reduced. it can. Some atoms constituting the metal single crystal layer 23 may be diffused, and FIGS. 6 (a) to 6 (d)
As shown in FIG. 3, in the step of nitriding the metal single crystal layer 24 to form the metal nitride single crystal layer 25, the metal single crystal layer 2
The metal diffusion layer 22a may be formed by diffusing all the atoms constituting 3 into the single crystal substrate 22. With this method, the metal single crystal layer 23 disappears (FIG. 6).
(C)). In order to make the metal single crystal layer 23 disappear by diffusion, it is preferable that the thickness of the metal single crystal layer 23 be about 3 nm or less. The temperature and time of the nitriding step of the metal single crystal layer 24 may be set in consideration of the degree of diffusion of the metal single crystal layer 23. For example, even after the nitriding reaction of the metal single crystal layer 24 is completed, the heating may be continued to promote the diffusion of the metal single crystal layer 23.

【0055】この実施形態は、先の実施形態と組み合わ
せても良い。例えば、金属単結晶層23をAuまたAu
を含む合金を用いて形成し、単結晶基板として上記のS
1- s-tGestやA1-uuで表される半導体単結晶基
板22を用いると、単結晶金属層23を構成する金属原
子が半導体単結晶基板22中に拡散し、図2(b)と同
様に、金属拡散層22aが形成される。このとき、単結
晶金属層23の厚さを十分に薄くしておくと(例えば、
約3nm以下)、単結晶金属層23を構成する全ての金
属原子が単結晶基板22中に拡散し、単結晶金属層23
が実質的に残らない構造を形成することができる。この
構造においては、半導体/金属界面が存在しないので、
半導体/金属界面に形成されるショットキーバリア等に
よる抵抗をなくすことができる。
This embodiment may be combined with the previous embodiment. For example, the metal single crystal layer 23 is formed of Au or Au.
Is formed using an alloy containing
With i 1- st Ge s C t and A 1-u B semiconductor single crystal substrate 22 represented by u, the metal atoms constituting the single crystal metal layer 23 is diffused into the semiconductor single crystal substrate 22, FIG. As in 2 (b), a metal diffusion layer 22a is formed. At this time, if the thickness of the single crystal metal layer 23 is made sufficiently thin (for example,
About 3 nm or less), all the metal atoms constituting the single crystal metal layer 23 diffuse into the single crystal substrate 22 and the single crystal metal layer 23
Can be formed without substantially remaining. In this structure, since there is no semiconductor / metal interface,
Resistance due to a Schottky barrier or the like formed at the semiconductor / metal interface can be eliminated.

【0056】また、図3の実施形態について説明したよ
うに、金属単結晶層24の一部だけを窒化しても良い
し、図4の実施形態について説明したように、金属拡散
層22aを形成するとともに、金属単結晶層24の一部
だけを窒化し金属窒化物単結晶層25と金属単結晶層2
3との間に金属単結晶層24を残しても良い。いずれも
先の実施形態について得られる効果を合わせて得ること
ができる。
Further, as described in the embodiment of FIG. 3, only a part of the metal single crystal layer 24 may be nitrided, or as described in the embodiment of FIG. 4, the metal diffusion layer 22a may be formed. At the same time, only a part of the metal single crystal layer 24 is nitrided to form the metal nitride single crystal layer 25 and the metal single crystal layer 2.
3, the metal single crystal layer 24 may be left. In any case, the effects obtained in the above embodiment can be obtained together.

【0057】なお、半導体装置に用いられる窒化物半導
体層は一般に(0001)面を主面とするので、(00
01)面を主面とする窒化物半導体層がエピタキシャル
成長されるように、金属窒化物単結晶層は主面が(00
01)面となるように形成することが好ましい。具体的
には、Si1-s-tGest(0≦s、t≦1、0≦s+
t≦1)やA1-uu(0<u<1;AはAl、Ga及び
Inの内の1つであり、BはAs、P及びSbの内の1
つ)から形成されている単結晶基板を用いる場合には、
(111)面を主面とする単結晶基板を用い、その上
に、(111)面を主面とするAl1-s-tGasIn
t(0≦s、t≦1、0≦s+t≦1)からなる金属単
結晶を形成し、得られた金属単結晶層を窒化することに
よって、(0001)面を主面とするAl1-s-tGas
tNからなる金属窒化物単結晶層を形成することがで
きる。
Since a nitride semiconductor layer used in a semiconductor device generally has a (0001) plane as a main surface, a (00)
The main surface of the metal nitride single crystal layer is (00) such that the nitride semiconductor layer having the (01) plane as the main surface is epitaxially grown.
(01) It is preferable to form the surface. Specifically, Si 1-st Ge s C t (0 ≦ s, t ≦ 1, 0 ≦ s +
t ≦ 1) and A 1−u Bu (0 <u <1; A is one of Al, Ga and In, and B is 1 of As, P and Sb
When using a single crystal substrate formed from
(111) using a single crystal substrate having a plane major surface, thereon, (111) plane as the principal Al 1-st Ga s In
By forming a metal single crystal composed of t (0 ≦ s, t ≦ 1, 0 ≦ s + t ≦ 1) and nitriding the obtained metal single crystal layer, Al 1− having a (0001) plane as a main surface is formed. st Ga s I
A metal nitride single crystal layer made of n t N can be formed.

【0058】以下、上述した窒化物半導体の結晶成長方
法を用いて半導体装置を製造する実施例を説明する。以
下の実施例は、半導体装置として発光素子(半導体レー
ザ)を例示するが、本願発明は以下の例に限られず、例
えば、電界効果型トランジスタ(FET)等の半導体装
置に適用できる。
An embodiment in which a semiconductor device is manufactured by using the above-described nitride semiconductor crystal growth method will be described below. In the following embodiments, a light emitting element (semiconductor laser) is exemplified as a semiconductor device, but the present invention is not limited to the following example, and can be applied to a semiconductor device such as a field effect transistor (FET).

【0059】(実施例1)本発明の第1の実施例におけ
る発光素子100は、導電性を有さない基板を用いて形
成される。
Embodiment 1 The light emitting device 100 according to the first embodiment of the present invention is formed using a non-conductive substrate.

【0060】(実施例1−1)図7に示すようにサファ
イア基板22の上に、層厚が10nmの単結晶AlN層
25、層厚が1μmのn型Ga0.9Al0.1Nクラッド層
26、多重量子井戸(以下MQWという)活性層27、
層厚が0.5μmのp型Ga0.9Al0.1Nクラッド層2
8、層厚が0.1μmのp型GaNコンタクト層29を
順次積層して構成されたものである。MQW活性層27
は、層厚5nmのアンドープIn0.2Ga0.8N層と層厚
5nmのアンドープGaN層とが交互になるように、互
いに10層ずつ積層されて構成されており、n型Ga
0.9Al0.1Nクラッド層26に接する側にはアンドープ
GaN層が接している。
Example 1-1 As shown in FIG. 7, on a sapphire substrate 22, a single-crystal AlN layer 25 having a thickness of 10 nm, an n-type Ga 0.9 Al 0.1 N cladding layer 26 having a thickness of 1 μm, A multiple quantum well (hereinafter referred to as MQW) active layer 27,
P-type Ga 0.9 Al 0.1 N clad layer 2 having a thickness of 0.5 μm
8. The p-type GaN contact layer 29 having a thickness of 0.1 μm is sequentially laminated. MQW active layer 27
Is formed by laminating 10 layers of each other such that an undoped In 0.2 Ga 0.8 N layer having a thickness of 5 nm and an undoped GaN layer having a thickness of 5 nm are alternately arranged.
An undoped GaN layer is in contact with the side in contact with the 0.9 Al 0.1 N clad layer 26.

【0061】単結晶AlN層25上に形成されている半
導体積層構造(クラッド層26、活性層27、クラッド
層28及びコンタクト層29を含む)は、メサエッチン
グされており、半導体積層構造に電圧を印加するための
電極32aおよび32bが、コンタクト層29およびク
ラッド層26上にそれぞれ形成されている。
The semiconductor laminated structure (including the clad layer 26, the active layer 27, the clad layer 28, and the contact layer 29) formed on the single-crystal AlN layer 25 is mesa-etched, and a voltage is applied to the semiconductor laminated structure. Electrodes 32a and 32b for application are formed on the contact layer 29 and the cladding layer 26, respectively.

【0062】この構成によれば、サファイア基板22の
直上に結晶の配向性がよい単結晶AlN層25を形成し
ているので、サファイア基板22と単結晶AlN層25
との界面において発生する欠陥や転位の密度を減少させ
ることができ、その上に積層されるn型Ga0.9Al0.1
Nクラッド層26、MQW活性層27、p型Ga0.9
0.1Nクラッド層28およびGaNコンタクト層29
の欠陥や転位の密度を従来よりも低減させることができ
る。
According to this configuration, since the single-crystal AlN layer 25 having good crystal orientation is formed immediately above the sapphire substrate 22, the sapphire substrate 22 and the single-crystal AlN layer 25 are formed.
And the density of defects and dislocations generated at the interface with n can be reduced, and n-type Ga 0.9 Al 0.1
N clad layer 26, MQW active layer 27, p-type Ga 0.9 A
l 0.1 N cladding layer 28 and GaN contact layer 29
Defects and dislocation densities can be reduced as compared with the prior art.

【0063】発光素子100は、図1に示した結晶成長
方法を用いて製造される。この発光素子100の製造方
法を、図8を用いて説明する。
The light emitting device 100 is manufactured by using the crystal growth method shown in FIG. A method for manufacturing the light emitting device 100 will be described with reference to FIG.

【0064】まずサファイア基板22上にAl単結晶層
24を、ICB法を用いて積層する(図8(a))。次
にAl単結晶層24を窒化し、単結晶AlN層25に変
化させる(図8(b))。窒化の方法として、サファイ
ア基板22の温度をAl単結晶の融点である660℃よ
り約100℃低い550℃に保ち、ヒドラジンまたはア
ンモニア等の窒素化合物を含む、適当なガス(H2キャ
リアガス)を流し、窒素化合物中の窒素成分とAl単結
晶層24とを反応させる。
First, an Al single crystal layer 24 is laminated on a sapphire substrate 22 by using the ICB method (FIG. 8A). Next, the Al single crystal layer 24 is nitrided to be changed to a single crystal AlN layer 25 (FIG. 8B). As a method of nitriding, the temperature of the sapphire substrate 22 is kept at 550 ° C., which is about 100 ° C. lower than 660 ° C., which is the melting point of the Al single crystal, and an appropriate gas (H 2 carrier gas) containing a nitrogen compound such as hydrazine or ammonia is used. Then, the nitrogen component in the nitrogen compound reacts with the Al single crystal layer 24.

【0065】その後、MOVPE法を用い、Si添加の
n型Ga0.9Al0.1Nクラッド層26、MQW活性層2
7、Mg添加のp型Ga0.9Al0.1Nクラッド層28、
Mg添加のp型GaNコンタクト層29を順次積層する
(図8(c))。n型Ga0. 9Al0.1Nクラッド層2
6、p型Ga0.9Al0.1Nクラッド層28およびp型G
aNコンタクト層29の結晶成長温度は1000℃であ
り、MQW活性層27の結晶成長温度は800℃であ
る。
Then, the n-type Ga 0.9 Al 0.1 N clad layer 26 with Si addition and the MQW active layer 2 are formed by MOVPE.
7, Mg-added p-type Ga 0.9 Al 0.1 N cladding layer 28,
Mg-added p-type GaN contact layers 29 are sequentially laminated (FIG. 8C). n-type Ga 0. 9 Al 0.1 N cladding layer 2
6, p-type Ga 0.9 Al 0.1 N cladding layer 28 and p-type G
The crystal growth temperature of the aN contact layer 29 is 1000 ° C., and the crystal growth temperature of the MQW active layer 27 is 800 ° C.

【0066】得られた半導体積層構造(層26、27、
28および29を含む)の一部をエッチングで除去し、
n型Ga0.9Al0.1Nクラッド層26を露出させる。そ
の後、p型GaNコンタクト層29およびn型Ga0.9
Al0.1Nクラッド層26上にそれぞれオーミック電極
32aおよび32bをそれぞれ形成することによって、
発光素子100が得られる。電極32aは例えばNi/
Au、電極32bは例えばTi/Auを用いて電子ビー
ム蒸着法で形成することができる。
The obtained semiconductor laminated structure (layers 26, 27,
28 and 29) by etching,
The n-type Ga 0.9 Al 0.1 N cladding layer 26 is exposed. Thereafter, the p-type GaN contact layer 29 and the n-type Ga 0.9
By forming ohmic electrodes 32a and 32b respectively on the Al 0.1 N cladding layer 26,
A light-emitting element 100 is obtained. The electrode 32a is, for example, Ni /
Au and the electrode 32b can be formed by electron beam evaporation using, for example, Ti / Au.

【0067】この構成によれば、Al単結晶層24を窒
化させて単結晶AlN層25とするために、単結晶Al
N層25をサファイア基板22全面に形成させることが
でき、単結晶AlN層25の上に積層されるn型Ga
0.9Al0.1Nクラッド層26、MQW活性層27、p型
Ga0.9Al0.1Nクラッド層28およびGaNコンタク
ト層29の結晶性を向上させることができる。
According to this structure, the single-crystal AlN layer 25 is nitrided to form the single-crystal AlN layer 25.
The N layer 25 can be formed on the entire surface of the sapphire substrate 22 and n-type Ga
The crystallinity of the 0.9 Al 0.1 N cladding layer 26, the MQW active layer 27, the p-type Ga 0.9 Al 0.1 N cladding layer 28, and the GaN contact layer 29 can be improved.

【0068】本発明の実施例1−1における発光素子1
00について、その断面を透過型電子顕微鏡(以下TE
Mという)により観察したところ、n型Ga0.9Al0.1
Nクラッド層26、MQW活性層27、p型Ga0.9
0.1Nクラッド層28およびGaNコンタクト層29
の欠陥や転位の密度は、1×105/cm2であり、従来
の発光素子に比して1/10000であることが認めら
れた。
Light Emitting Element 1 in Example 1-1 of the Present Invention
The cross section of the sample No. 00 was taken through a transmission electron microscope (hereinafter referred to as TE).
M), n-type Ga 0.9 Al 0.1
N clad layer 26, MQW active layer 27, p-type Ga 0.9 A
l 0.1 N cladding layer 28 and GaN contact layer 29
The density of defects and dislocations was 1 × 10 5 / cm 2 , which was found to be 1/10000 as compared with the conventional light emitting device.

【0069】(実施例1−2)本発明の実施例1−2に
おける発光素子は、図7に示したように、MgAl24
(以下スピネルという)基板22上に層厚が5nmの単
結晶Al0.9Ga0.1N層25、n型Ga0.9Al0.1Nク
ラッド層26、MQW活性層27、p型Ga 0.9Al0.1
Nクラッド層28、p型GaNコンタクト層29を順次
積層して構成されたものである。
(Example 1-2) In Example 1-2 of the present invention,
As shown in FIG.TwoOFour
A single layer having a thickness of 5 nm is formed on a substrate 22 (hereinafter referred to as spinel).
Crystal Al0.9Ga0.1N layer 25, n-type Ga0.9Al0.1N
Lad layer 26, MQW active layer 27, p-type Ga 0.9Al0.1
N-cladding layer 28 and p-type GaN contact layer 29
It is configured by lamination.

【0070】この構成によれば、スピネル基板22の直
上に結晶の配向性がよい単結晶Al 0.9Ga0.1N層25
を形成しているので、スピネル基板22と単結晶Al
0.9Ga0.1N層25との界面において発生する欠陥や転
位の密度を減少させることができ、その上に積層される
n型Ga0.9Al0.1Nクラッド層26、MQW活性層2
7、p型Ga0.9Al0.1Nクラッド層28およびGaN
コンタクト層29の欠陥や転位の密度を従来よりも低減
させることができる。
According to this configuration, the spinel substrate 22
Single crystal Al with good crystal orientation 0.9Ga0.1N layer 25
Is formed, the spinel substrate 22 and the single crystal Al
0.9Ga0.1Defects or rolling occurring at the interface with the N layer 25
Can be reduced in density, and laminated on it
n-type Ga0.9Al0.1N clad layer 26, MQW active layer 2
7, p-type Ga0.9Al0.1N cladding layer 28 and GaN
Reduces the density of defects and dislocations in the contact layer 29 more than before
Can be done.

【0071】この発光素子100の製造方法を、再び図
8を用いて説明する。
The method of manufacturing the light emitting device 100 will be described again with reference to FIG.

【0072】まずスピネル基板22上に層厚が5nmの
Al0.9Ga0.1合金単結晶層24を、ICB法を用いて
積層する(図8(a))。次にAl0.9Ga0.1合金単結
晶層24を窒化し、単結晶Al0.9Ga0.1N層25に変
化させる(図8(b))。窒化の方法として、スピネル
基板22の温度を500℃に保ち、ヒドラジンまたはア
ンモニア等の窒素化合物を含むガスを流し、窒素化合物
中の窒素成分とAl0. 9Ga0.1合金単結晶層24とを反
応させる。
First, an Al 0.9 Ga 0.1 alloy single crystal layer 24 having a thickness of 5 nm is laminated on the spinel substrate 22 by using the ICB method (FIG. 8A). Next, the Al 0.9 Ga 0.1 alloy single crystal layer 24 is nitrided to be changed to a single crystal Al 0.9 Ga 0.1 N layer 25 (FIG. 8B). As a method of nitriding, maintaining the temperature of the spinel substrate 22 to 500 ° C., flowing gas containing nitrogen compounds such as hydrazine or ammonia, and a nitrogen component of nitrogen compounds in the Al 0. 9 Ga 0.1 alloy single crystal layer 24 reaction Let it.

【0073】その後、実施例1−1と同様に、Si添加
のn型Ga0.9Al0.1Nクラッド層26、MQW活性層
27、Mg添加のp型Ga0.9Al0.1Nクラッド層2
8、Mg添加のp型GaNコンタクト層29を順次積層
する(図8(c))。得られた半導体積層構造(層2
6、27、28および29を含む)の一部をエッチング
で除去し、n型Ga0.9Al0.1Nクラッド層26を露出
させる。その後、p型GaNコンタクト層29およびn
型Ga0.9Al0.1Nクラッド層26上にそれぞれオーミ
ック電極32aおよび32bをそれぞれ形成する。
Thereafter, similarly to Example 1-1, the Si-added n-type Ga 0.9 Al 0.1 N clad layer 26, the MQW active layer 27, and the Mg-added p-type Ga 0.9 Al 0.1 N clad layer 2
8. A Mg-added p-type GaN contact layer 29 is sequentially laminated (FIG. 8C). The obtained semiconductor multilayer structure (layer 2
6, 27, 28 and 29) is removed by etching to expose the n-type Ga 0.9 Al 0.1 N cladding layer 26. Thereafter, the p-type GaN contact layer 29 and n
Ohmic electrodes 32a and 32b are formed on the Ga 0.9 Al 0.1 N cladding layer 26, respectively.

【0074】この構成によれば、Al0.9Ga0.1合金単
結晶層24を窒化させて単結晶Al 0.9Ga0.1N層25
とするために、単結晶Al0.9Ga0.1N層25をスピネ
ル基板22全面に形成させることができ、単結晶Al
0.9Ga0.1N層25の上に積層されるn型Ga0.9Al
0.1Nクラッド層26、MQW活性層27、p型Ga0.9
Al0.1Nクラッド層28およびGaNコンタクト層2
9の結晶性を向上させることができる。
According to this structure, Al0.9Ga0.1Alloy single
The crystal layer 24 is nitrided to form single crystal Al 0.9Ga0.1N layer 25
In order to make0.9Ga0.1Spinet N layer 25
Single-crystal Al
0.9Ga0.1N-type Ga laminated on the N layer 250.9Al
0.1N clad layer 26, MQW active layer 27, p-type Ga0.9
Al0.1N cladding layer 28 and GaN contact layer 2
The crystallinity of No. 9 can be improved.

【0075】本発明の実施例1−2における発光素子1
00について、断面をTEMにより観察したところ、n
型Ga0.9Al0.1Nクラッド層26、MQW活性層2
7、p型Ga0.9Al0.1Nクラッド層28およびGaN
コンタクト層29の欠陥や転位の密度は1×105/c
2であり、従来の発光素子に比して1/10000で
あることが認められた。
Light Emitting Element 1 in Example 1-2 of the Present Invention
The cross section of the sample No. 00 was observed with a TEM.
Ga 0.9 Al 0.1 N clad layer 26, MQW active layer 2
7, p-type Ga 0.9 Al 0.1 N cladding layer 28 and GaN
The density of defects and dislocations in the contact layer 29 is 1 × 10 5 / c
m 2 , which was 1/10000 that of a conventional light emitting device.

【0076】本発明の実施例1−1の発光素子100
(以下、発光素子E1という。)、実施例1−2の発光
素子100(以下、発光素子E2という。)および従来
の発光素子(以下、発光素子Cという。)の、70℃の
温度環境の下でかつ5mWの光出力でレーザ動作させた
ときの寿命測定の結果を図9に示す。図9において、曲
線E1、E2およびCはそれぞれ実施例1の発光素子E
1、E2、および従来の発光素子Cの動作時間と動作電
流の変化率との関係を表す。この図において、動作電流
の、動作時間に対する変化率ΔI/Δtが1に近いほ
ど、発光素子の劣化の度合いが小さく、長寿命であるこ
とが知られている。図9より、本発明の発光素子E1お
よび本発明の発光素子E2は、動作時間が10000時
間経過してもΔI/Δtは1に近いが、従来の発光素子
Cに関しては動作時間が約5000時間経過するとΔI
/Δtの値が1より大きくずれてくることがわかった。
このことから、本発明の発光素子E1および本発明の発
光素子E2は従来の発光素子Cに比べて寿命が長く信頼
性が高いことがわかった。なお、これらの発光素子の発
振波長はいずれも420nmであった。
Light Emitting Element 100 of Embodiment 1-1 of the Present Invention
(Hereinafter referred to as light-emitting element E1), the light-emitting element 100 of Example 1-2 (hereinafter referred to as light-emitting element E2), and the conventional light-emitting element (hereinafter referred to as light-emitting element C) at a temperature of 70 ° C. FIG. 9 shows the results of the life measurement when the laser operation was performed at a lower power of 5 mW. In FIG. 9, curves E1, E2, and C represent light emitting elements E of Example 1, respectively.
1, E2, and the relationship between the operation time of the conventional light emitting element C and the change rate of the operation current. In this figure, it is known that as the rate of change ΔI / Δt of the operating current with respect to the operating time is closer to 1, the degree of deterioration of the light emitting element is smaller and the life is longer. 9 that ΔI / Δt of the light-emitting element E1 of the present invention and the light-emitting element E2 of the present invention are close to 1 even after the operation time of 10,000 hours has elapsed, but the operation time of the conventional light-emitting element C is about 5000 hours. ΔI
It has been found that the value of / Δt deviates more than 1.
From this, it was found that the light emitting element E1 of the present invention and the light emitting element E2 of the present invention have a longer life and higher reliability than the conventional light emitting element C. Note that the oscillation wavelength of each of these light-emitting elements was 420 nm.

【0077】なお、上記実施例においてサファイア基板
22またはスピネル基板22の代わりに、MgO、Zn
O、Cr23、LiNbO3、LiTaO3、LiGaO
2等からなる単結晶基板を用いても同様の効果が得られ
る。
In the above embodiment, instead of the sapphire substrate 22 or the spinel substrate 22, MgO, Zn
O, Cr 2 O 3 , LiNbO 3 , LiTaO 3 , LiGaO
The same effect can be obtained by using a single crystal substrate composed of 2 or the like.

【0078】以上説明したように、本発明の実施例1に
よれば、絶縁物単結晶基板と窒化物半導体結晶層との界
面において発生する欠陥や転位が従来よりも少なく、従
来よりも寿命が長く信頼性の高い半導体装置およびその
製造方法を得ることができる。
As described above, according to the first embodiment of the present invention, the number of defects and dislocations generated at the interface between the insulating single crystal substrate and the nitride semiconductor crystal layer is smaller than in the conventional case, and the life is longer than in the conventional case. A long and reliable semiconductor device and a method for manufacturing the same can be obtained.

【0079】なお、本実施例では、図1に示した窒化物
半導体の結晶成長方法を用いて発光素子を製造した例を
示したが、図2から図6を参照しながら説明した種々の
結晶成長方法を適用できる。上述したいずれの結晶成長
方法を用いても、本実施例と同様の効果を得ることがで
きる。
In this embodiment, an example in which a light-emitting device is manufactured by using the nitride semiconductor crystal growth method shown in FIG. 1 has been described. However, various types of crystals described with reference to FIGS. Growth methods can be applied. The same effect as that of the present embodiment can be obtained by using any of the crystal growth methods described above.

【0080】(実施例2)本発明の第2の実施例におけ
る発光素子は、導電性を有する基板を用いて形成され
る。導電性を有する基板は、半導体基板や金属等からな
る導体基板を含む。
(Embodiment 2) The light emitting device according to the second embodiment of the present invention is formed using a conductive substrate. The conductive substrate includes a semiconductor substrate and a conductive substrate made of metal or the like.

【0081】(実施例2−1)実施例2−1における発
光素子200は、図10に示すように、n型Si単結晶
基板22の上に、層厚が8nmのAl単結晶層24、層
厚が2nmの単結晶AlN層25、層厚が1μmのn型
Ga0.9Al0.1Nクラッド層26、MQW活性層27、
層厚が0.5μmのp型Ga0.9Al0.1Nクラッド層2
8、層厚が0.1μmのp型GaNコンタクト層29を
順次積層して構成されたものである。MQW活性層27
は、層厚5nmのアンドープIn0.2Ga0.8N層と層厚
5nmのアンドープGaN層とが交互になるように、2
0層構造にて構成されており、n型Ga0.9Al0.1Nク
ラッド層26に接する側にはアンドープGaN層が接し
ている。
(Example 2-1) As shown in FIG. 10, the light emitting device 200 in Example 2-1 has an Al single crystal layer 24 having a thickness of 8 nm on an n-type Si single crystal substrate 22; A single-crystal AlN layer 25 having a thickness of 2 nm, an n-type Ga 0.9 Al 0.1 N cladding layer 26 having a thickness of 1 μm, an MQW active layer 27,
P-type Ga 0.9 Al 0.1 N clad layer 2 having a thickness of 0.5 μm
8. The p-type GaN contact layer 29 having a thickness of 0.1 μm is sequentially laminated. MQW active layer 27
Are formed so that an undoped In 0.2 Ga 0.8 N layer having a thickness of 5 nm and an undoped GaN layer having a thickness of 5 nm are alternately formed.
It has a zero-layer structure, and an undoped GaN layer is in contact with the n-type Ga 0.9 Al 0.1 N cladding layer 26.

【0082】単結晶AlN層25上に形成されている半
導体積層構造(n型クラッド層26、活性層27、p型
クラッド層28及びコンタクト層29を含む)に電圧を
印加するための電極32aおよび32bが、コンタクト
層29およびSi単結晶基板22上に互いに対向するよ
うに、それぞれ形成されている。
An electrode 32a for applying a voltage to the semiconductor laminated structure (including the n-type cladding layer 26, the active layer 27, the p-type cladding layer 28 and the contact layer 29) formed on the single-crystal AlN layer 25, and 32b are formed on the contact layer 29 and the Si single crystal substrate 22 so as to face each other.

【0083】この構成によれば、n型Si単結晶基板2
2の直上に結晶の配向性がよいAl単結晶層24を形成
し、さらにその上に単結晶AlN層25を形成している
ので、n型Si単結晶基板22とAl単結晶層24との
界面において発生する欠陥や転位の密度を減少させるこ
とができ、その上に積層されるn型Ga0.9Al0.1Nク
ラッド層26、MQW活性層27、p型Ga0.9Al0.1
Nクラッド層28およびp型GaNコンタクト層29の
欠陥や転位の密度を従来よりも低減させることができ
る。また、MQW活性層27において発生する熱を直接
n型Si単結晶基板22を通して逃すことができる。さ
らにn型Si単結晶基板22裏面に電極を設けることが
できるので、基板1枚当たり得られる発光素子の数が従
来よりも増加し、従来よりも安価な発光素子を得ること
ができる。
According to this structure, n-type Si single crystal substrate 2
2, an Al single crystal layer 24 having good crystal orientation is formed, and a single crystal AlN layer 25 is further formed thereon, so that the n-type Si single crystal substrate 22 and the Al single crystal layer 24 The density of defects and dislocations generated at the interface can be reduced, and the n-type Ga 0.9 Al 0.1 N clad layer 26, MQW active layer 27, p-type Ga 0.9 Al 0.1
The density of defects and dislocations in the N cladding layer 28 and the p-type GaN contact layer 29 can be reduced as compared with the conventional case. Further, heat generated in the MQW active layer 27 can be released directly through the n-type Si single crystal substrate 22. Further, since an electrode can be provided on the back surface of the n-type Si single crystal substrate 22, the number of light emitting elements obtained per substrate can be increased as compared with the conventional one, and a light emitting element which is less expensive than the conventional one can be obtained.

【0084】発光素子200は、図3に示した結晶成長
方法を用いて製造される。この発光素子200の製造方
法を、図11を用いて説明する。
The light emitting device 200 is manufactured by using the crystal growth method shown in FIG. A method for manufacturing the light emitting device 200 will be described with reference to FIG.

【0085】まずn型Si単結晶基板22上に層厚が1
0nmのAl単結晶層24を、ICB法を用いて積層す
る(図11(a))。次にAl単結晶層24を、表面よ
り2nmの深さまで窒化し、層厚が2nmの単結晶Al
N層25に変化させる(図11(b))。窒化の方法と
して、n型Si単結晶基板22の温度をAlの融点であ
る660℃より約100℃低い550℃に保ち、ヒドラ
ジンまたはアンモニア等の窒素化合物を含む、適当なガ
ス(H2キャリアガス)を流し、窒素化合物中の窒素成
分とAl単結晶層24とを反応させる。
First, on the n-type Si single crystal substrate 22, a layer thickness of 1
An Al single crystal layer 24 having a thickness of 0 nm is stacked by using the ICB method (FIG. 11A). Next, the Al single crystal layer 24 is nitrided to a depth of 2 nm from the surface to form a single crystal Al layer having a thickness of 2 nm.
It is changed to the N layer 25 (FIG. 11B). As a method of nitriding, the temperature of the n-type Si single crystal substrate 22 is maintained at 550 ° C., which is about 100 ° C. lower than 660 ° C., which is the melting point of Al, and an appropriate gas containing a nitrogen compound such as hydrazine or ammonia (H 2 carrier gas) is used. ) Is caused to flow to cause the nitrogen component in the nitrogen compound to react with the Al single crystal layer 24.

【0086】その後、MOVPE法を用い、Si添加の
n型Ga0.9Al0.1Nクラッド層26、MQW活性層2
7、Mg添加のp型Ga0.9Al0.1Nクラッド層28、
Mg添加のp型GaNコンタクト層29を順次積層する
(図11(c))。n型Ga 0.9Al0.1Nクラッド層2
6、p型Ga0.9Al0.1Nクラッド層28およびp型G
aNコンタクト層29の結晶成長温度は1000℃であ
り、MQW活性層27の結晶成長温度は800℃であ
る。
Then, using the MOVPE method,
n-type Ga0.9Al0.1N clad layer 26, MQW active layer 2
7. Mg-added p-type Ga0.9Al0.1N cladding layer 28,
P-type GaN contact layer 29 with Mg added is sequentially laminated
(FIG. 11 (c)). n-type Ga 0.9Al0.1N cladding layer 2
6, p-type Ga0.9Al0.1N cladding layer 28 and p-type G
The crystal growth temperature of the aN contact layer 29 is 1000 ° C.
The crystal growth temperature of the MQW active layer 27 is 800 ° C.
You.

【0087】この後、コンタクト層29およびSi単結
晶基板22上に、互いに対向する面上にオーミック電極
32a及び32bを形成することによって、発光素子2
00が得られる。なお、オーミック電極32bは、A
l、TiやPt等を用い、必要に応じて300℃〜40
0℃でのアニールを行うことによって形成できる。オー
ミック電極32aは実施例1と同様にして形成できる。
Thereafter, ohmic electrodes 32a and 32b are formed on the contact layer 29 and the Si single crystal substrate 22 on the surfaces facing each other, so that the light emitting element 2 is formed.
00 is obtained. Note that the ohmic electrode 32b is
l, using Ti or Pt, etc., at 300 ° C. to 40
It can be formed by annealing at 0 ° C. The ohmic electrode 32a can be formed in the same manner as in the first embodiment.

【0088】この構成によれば、Al単結晶層24を窒
化させて単結晶AlN層25とするために、Al単結晶
層24および単結晶AlN層25をn型Si単結晶基板
22全面に形成させることができ、単結晶AlN層25
の上に積層されるn型Ga0. 9Al0.1Nクラッド層2
6、MQW活性層27、p型Ga0.9Al0.1Nクラッド
層28およびp型GaNコンタクト層29の結晶性を向
上させることができる。
According to this structure, Al single crystal layer 24 and single crystal AlN layer 25 are formed on the entire surface of n-type Si single crystal substrate 22 in order to nitride Al single crystal layer 24 to form single crystal AlN layer 25. The single crystal AlN layer 25
N-type Ga 0. 9 laminated on the Al 0.1 N cladding layer 2
6. The crystallinity of the MQW active layer 27, the p-type Ga 0.9 Al 0.1 N cladding layer 28 and the p-type GaN contact layer 29 can be improved.

【0089】本発明の実施例2−1における発光素子2
00について、その断面をTEMにより観察したとこ
ろ、n型Ga0.9Al0.1Nクラッド層26、MQW活性
層27、p型Ga0.9Al0.1Nクラッド層28およびp
型GaNコンタクト層29の欠陥や転位の密度は1×1
5/cm2であり、従来の発光素子に比して1/100
00であることが認められた。
Light Emitting Element 2 in Example 2-1 of the Present Invention
The cross section of sample No. 00 was observed with a TEM. As a result, the n-type Ga 0.9 Al 0.1 N cladding layer 26, the MQW active layer 27, the p-type Ga 0.9 Al 0.1 N cladding layer 28, and the p-type
The density of defects and dislocations in the GaN contact layer 29 is 1 × 1
0 5 / cm 2, which is 1/100 of that of the conventional light emitting device.
00 was found.

【0090】(実施例2−2)本発明の実施例2−2に
おける発光素子300は、図12に示したように、n型
GaAs基板22上に層厚が5nmの単結晶Al0.9
0.1N層25、n型Ga0.9Al0.1Nクラッド層2
6、MQW活性層27、p型Ga0.9Al0.1Nクラッド
層28、p型GaNコンタクト層29を順次積層して構
成されたものである。
(Example 2-2) As shown in FIG. 12, the light emitting element 300 according to Example 2-2 of the present invention has a single-crystal Al 0.9 G layer having a thickness of 5 nm on an n-type GaAs substrate 22.
a 0.1 N layer 25, n-type Ga 0.9 Al 0.1 N clad layer 2
6, an MQW active layer 27, a p-type Ga 0.9 Al 0.1 N cladding layer 28, and a p-type GaN contact layer 29 are sequentially laminated.

【0091】この構成によれば、n型GaAs基板22
の直上に結晶の配向性がよい単結晶Al0.9Ga0.1N層
25を形成しているので、n型GaAs基板22と単結
晶Al0.9Ga0.1N層25との界面において発生する欠
陥や転位の密度を減少させることができ、その上に積層
されるn型Ga0.9Al0.1Nクラッド層26、MQW活
性層27、p型Ga0.9Al0.1Nクラッド層28および
p型GaNコンタクト層29の欠陥や転位の密度を従来
よりも低減させることができる。また、MQW活性層2
7において発生する熱を直接n型GaAs基板22を通
して逃すことができる。さらにn型GaAs基板22の
裏面に電極を設けることができるので、基板1枚当たり
得られる発光素子の数が従来よりも増加し、従来よりも
安価な発光素子を得ることができる。
According to this configuration, the n-type GaAs substrate 22
The single crystal Al 0.9 Ga 0.1 N layer 25 having good crystal orientation is formed immediately above the substrate, so that defects and dislocations generated at the interface between the n-type GaAs substrate 22 and the single crystal Al 0.9 Ga 0.1 N layer 25 are formed. The density can be reduced, and defects of the n-type Ga 0.9 Al 0.1 N clad layer 26, the MQW active layer 27, the p-type Ga 0.9 Al 0.1 N clad layer 28 and the p-type GaN contact layer 29 The dislocation density can be reduced as compared with the conventional case. Also, the MQW active layer 2
7 can be dissipated directly through the n-type GaAs substrate 22. Further, since an electrode can be provided on the back surface of the n-type GaAs substrate 22, the number of light emitting elements obtained per substrate can be increased as compared with the conventional one, and a light emitting element which is cheaper than the conventional one can be obtained.

【0092】発光素子300は、図1に示した結晶成長
方法を用いて製造される。この発光素子300の製造方
法を、再び図8を用いて説明する。
The light emitting device 300 is manufactured by using the crystal growth method shown in FIG. The method for manufacturing the light emitting element 300 will be described again with reference to FIG.

【0093】まずn型GaAs基板22上に層厚が5n
mのAl0.9Ga0.1合金単結晶層24をICB法を用い
て積層する(図8(a))。次にAl0.9Ga0.1合金単
結晶層24を窒化し、単結晶Al0.9Ga0.1N層25に
変化させる(図8(b))。窒化の方法として、n型G
aAs基板22の温度を500℃に保ち、ヒドラジンま
たはアンモニア等の窒素化合物を含む、適当なガス(H
2キャリアガス)を流し、窒素化合物中の窒素成分とA
0.9Ga0.1合金単結晶層24とを反応させる。その
後、第1の実施例と同様にSi添加のn型Ga0.9Al
0.1Nクラッド層26、MQW活性層27、Mg添加の
p型Ga0.9Al0.1Nクラッド層28、Mg添加のp型
GaNコンタクト層29を順次積層する(図8
(c))。
First, on the n-type GaAs substrate 22, the layer thickness is 5n.
An Al 0.9 Ga 0.1 alloy single crystal layer 24 having a thickness of m is laminated using the ICB method (FIG. 8A). Next, the Al 0.9 Ga 0.1 alloy single crystal layer 24 is nitrided to be changed to a single crystal Al 0.9 Ga 0.1 N layer 25 (FIG. 8B). As a method of nitriding, n-type G
The temperature of the aAs substrate 22 is maintained at 500 ° C., and a suitable gas (H 2) containing a nitrogen compound such as hydrazine or ammonia is used.
2 Carrier gas) and the nitrogen component in the nitrogen compound and A
l 0.9 Ga 0.1 reacting an alloy single crystal layer 24. Thereafter, similarly to the first embodiment, the Si-added n-type Ga 0.9 Al
A 0.1 N clad layer 26, an MQW active layer 27, a Mg-added p-type Ga 0.9 Al 0.1 N clad layer 28, and a Mg-added p-type GaN contact layer 29 are sequentially stacked (FIG. 8).
(C)).

【0094】この後、コンタクト層29およびGaAs
単結晶基板22上に、互いに対向する面上にオーミック
電極32a及び32bを形成することによって、発光素
子300が得られる。
Thereafter, the contact layer 29 and the GaAs
By forming the ohmic electrodes 32a and 32b on the surfaces facing each other over the single crystal substrate 22, the light emitting element 300 is obtained.

【0095】この構成によれば、Al0.9Ga0.1合金単
結晶層24を窒化させて単結晶Al 0.9Ga0.1N層25
とするために、単結晶Al0.9Ga0.1N層25をn型G
aAs基板22全面に形成させることができ、単結晶A
0.9Ga0.1N層25の上に積層されるn型Ga0.9
0.1Nクラッド層26、MQW活性層27、p型Ga
0.9Al0.1Nクラッド層28およびp型GaNコンタク
ト層29の結晶性を向上させることができる。
According to this configuration, Al0.9Ga0.1Alloy single
The crystal layer 24 is nitrided to form single crystal Al 0.9Ga0.1N layer 25
In order to make0.9Ga0.1N layer 25 is n-type G
The single crystal A can be formed on the entire surface of the aAs substrate 22.
l0.9Ga0.1N-type Ga laminated on the N layer 250.9A
l0.1N clad layer 26, MQW active layer 27, p-type Ga
0.9Al0.1N clad layer 28 and p-type GaN contact
The crystallinity of the layer 29 can be improved.

【0096】本発明の実施例2−2における発光素子3
00について、その断面をTEMにより観察したとこ
ろ、n型Ga0.9Al0.1Nクラッド層26、MQW活性
層27、p型Ga0.9Al0.1Nクラッド層28およびG
aNコンタクト層29の欠陥や転位の密度は1×105
/cm2であり、従来の発光素子に比して1/1000
0であることが認められた。
Light Emitting Element 3 in Example 2-2 of the Present Invention
The cross section of the sample No. 00 was observed by a TEM. As a result, the n-type Ga 0.9 Al 0.1 N cladding layer 26, the MQW active layer 27, the p-type Ga 0.9 Al 0.1 N cladding layer 28 and the G type
The density of defects and dislocations in the aN contact layer 29 is 1 × 10 5
/ Cm 2, which is 1/1000 that of a conventional light emitting device.
It was found to be zero.

【0097】本発明の実施例2−1の発光素子200、
本発明の実施例2−2の発光素子300の70℃の温度
環境の下でかつ5mWの光出力でレーザ動作させたとき
の寿命測定の結果は、それぞれ図9の曲線E1およびE
2と同様であり、実施例2の発光素子200および30
0は、動作時間が10000時間経過してもΔI/Δt
は1に近いが、従来の発光素子に関しては動作時間が約
5000時間経過するとΔI/Δtの値が1より大きく
ずれてくることがわかった。このことから、実施例2の
発光素子は従来の発光素子に比べて寿命が長く信頼性が
高いことがわかった。なお、これらの発光素子の発振波
長はすべて420nmであった。
The light emitting device 200 of Example 2-1 of the present invention,
The results of the lifetime measurement of the light emitting element 300 according to Example 2-2 of the present invention when the laser was operated under a temperature environment of 70 ° C. and an optical output of 5 mW are shown by curves E1 and E1 in FIG.
2. Light emitting elements 200 and 30 of Example 2
0 means ΔI / Δt even after operating time of 10,000 hours
Is close to 1, but it has been found that the value of ΔI / Δt greatly deviates from 1 when the operation time of the conventional light emitting element is about 5000 hours. From this, it was found that the light-emitting element of Example 2 had longer life and higher reliability than the conventional light-emitting element. Note that the oscillation wavelengths of these light-emitting elements were all 420 nm.

【0098】なお、上述の実施例2−1および2−2に
おけるn型Si単結晶基板22またはn型GaAs基板
22の代わりに、n型GaAs基板、n型SiC基板等
の導電性を有する半導体単結晶基板を用いても同様の効
果が得られる。また、p型の導電性を有する半導体単結
晶基板を用いてもよく、ハフニウム等の金属よりなる導
体単結晶基板を用いてもよい。金属の内、ハフニウム単
結晶は窒化物半導体単結晶の格子定数に近い値を有して
いるので好ましい。
In place of the n-type Si single crystal substrate 22 or the n-type GaAs substrate 22 in the above Examples 2-1 and 2-2, a semiconductor having conductivity such as an n-type GaAs substrate or an n-type SiC substrate is used. Similar effects can be obtained by using a single crystal substrate. Further, a semiconductor single crystal substrate having p-type conductivity may be used, or a conductor single crystal substrate made of metal such as hafnium may be used. Among metals, a hafnium single crystal is preferable because it has a value close to a lattice constant of a nitride semiconductor single crystal.

【0099】(実施例2−3)本発明の実施例2−3に
おける発光素子400は、図13に示したように、n型
GaAs基板22と、n型GaAs単結晶基板22上に
順次積層された層厚が5nmの単結晶AlN層25、n
型Ga0.9Al0.1Nクラッド層26、MQW活性層2
7、p型Ga0.9Al0.1Nクラッド層28およびp型G
aNコンタクト層29を有している。n型GaAs基板
22の単結晶AlN層25側の表面近傍には金属拡散層
22aが形成されている。金属拡散層22aは、Auを
含む合金がn型GaAs単結晶基板22に拡散すること
によって形成されている。
(Embodiment 2-3) As shown in FIG. 13, a light emitting device 400 according to Embodiment 2-3 of the present invention is sequentially laminated on an n-type GaAs substrate 22 and an n-type GaAs single crystal substrate 22. Single-crystal AlN layer 25 with a layer thickness of 5 nm, n
Ga 0.9 Al 0.1 N clad layer 26, MQW active layer 2
7, p-type Ga 0.9 Al 0.1 N cladding layer 28 and p-type G
An aN contact layer 29 is provided. A metal diffusion layer 22a is formed near the surface of the n-type GaAs substrate 22 on the single crystal AlN layer 25 side. The metal diffusion layer 22a is formed by diffusing an alloy containing Au into the n-type GaAs single crystal substrate 22.

【0100】単結晶AlN層25上に形成されている半
導体積層構造(n型クラッド層26、活性層27、p型
クラッド層28及びコンタクト層29を含む)に電圧を
印加するための電極32aおよび32bが、コンタクト
層29およびn型GaAs基板22上に互いに対向する
ように、それぞれ形成されている。
The electrodes 32a for applying a voltage to the semiconductor laminated structure (including the n-type cladding layer 26, the active layer 27, the p-type cladding layer 28 and the contact layer 29) formed on the single crystal AlN layer 25 and 32b are formed on the contact layer 29 and the n-type GaAs substrate 22 so as to face each other.

【0101】発光素子400は、図6(a)〜(d)に
示した結晶成長方法を用いて製造される。
The light emitting device 400 is manufactured by using the crystal growth method shown in FIGS.

【0102】(111)面を主面とするn型GaAs単
結晶基板22を用意する。この単結晶基板22の(11
1)面にAuとGeとの合金からなる厚さ約1nmの金
属単結晶層23をICB法を用いてエピタキシャル成長
させる(図6(a))。得られたAuGe単結晶層23
は(111)主面を有する。
An n-type GaAs single crystal substrate 22 having a (111) plane as a main surface is prepared. The (11) of this single crystal substrate 22
1) A single-crystal metal layer 23 having a thickness of about 1 nm and made of an alloy of Au and Ge is epitaxially grown on the surface by ICB (FIG. 6A). Obtained AuGe single crystal layer 23
Has a (111) major surface.

【0103】次に、AuGe単結晶層23の(111)
面上に1018cm-3程度のSiが添加された厚さ約20
nmのAl単結晶層24をICB法を用いてエピタキシ
ャル成長させる(図6(b))。得られたAl単結晶層
24は(111)主面を有する。
Next, the (111) of the AuGe single crystal layer 23
A thickness of about 20 to which about 10 18 cm -3 of Si is added on the surface
The Al single crystal layer 24 of nm is epitaxially grown by using the ICB method (FIG. 6B). The obtained Al single crystal layer 24 has a (111) main surface.

【0104】金属単結晶層23および24をICB法を
用いてエピタキシャル成長する工程は、金属単結晶層2
3および24のそれぞれの原料を供給する原料源(Au
Ge源およびSi添加Al源)を一つのチャンバ内に有
し、原料源からの原料ガスの供給量を例えばシャッタを
用いて制御できるICB装置を用いることが好ましい。
この様なICB装置を用いると、試料をチャンバから出
すことなく(チャンバ内の真空を破る(リークする)必
要がないので)、高純度な膜を成長できる。金属単結晶
層23および24をICB法を用いてエピタキシャル成
長する工程は、例えば室温で実施することができる。
The step of epitaxially growing metal single crystal layers 23 and 24 by using the ICB method includes the steps of:
3 and 24 (Au)
It is preferable to use an ICB apparatus which has a Ge source and a Si-added Al source in one chamber and can control the supply amount of the source gas from the source source using, for example, a shutter.
When such an ICB apparatus is used, a high-purity film can be grown without taking out the sample from the chamber (since there is no need to break (leak) the vacuum in the chamber). The step of epitaxially growing the metal single crystal layers 23 and 24 using the ICB method can be performed, for example, at room temperature.

【0105】次に、Al単結晶層24を窒化するととも
に、AuGe単結晶層23のAuGeをn型GaAs基
板22中に拡散させる。GaAs単結晶基板22の温度
を、GaAs単結晶基板22の融点およびAl単結晶層
24の融点よりも低い温度(例えば550℃)に加熱
し、窒素を含む化合物ガスをチャンバ内に流す。窒素を
含む化合物としては、ヒドラジンまたはアンモニアが好
ましい。特に、ヒドラジンは窒化能力が高いので、窒化
時間を短縮できる及び/又は窒化温度を下げることがで
きるので生産性の観点から好ましい。約10〜15分窒
化することによって、約20nmの厚さのAl単結晶層
24を窒化し、AlN単結晶層25が形成される。得ら
れるAlN単結晶層25の主面は(0001)面であ
る。窒化することによって層の厚さが増すので図中では
厚く示している。また、AuGeがn型GaAs基板2
2に拡散することによってAuGe拡散層22aが形成
される(図6(c))。AuGeを拡散させるために、
窒化工程における加熱温度および加熱時間を適宜調整し
てもよい。実質的に窒化反応が終了しても、拡散だけの
ために加熱を継続しても良い。
Next, while the Al single crystal layer 24 is nitrided, AuGe of the AuGe single crystal layer 23 is diffused into the n-type GaAs substrate 22. The temperature of the GaAs single crystal substrate 22 is heated to a temperature (for example, 550 ° C.) lower than the melting point of the GaAs single crystal substrate 22 and the melting point of the Al single crystal layer 24, and a compound gas containing nitrogen flows into the chamber. As the compound containing nitrogen, hydrazine or ammonia is preferable. In particular, hydrazine is preferable from the viewpoint of productivity because it has a high nitriding ability and can reduce the nitriding time and / or the nitriding temperature. By nitriding for about 10 to 15 minutes, the Al single crystal layer 24 having a thickness of about 20 nm is nitrided, and an AlN single crystal layer 25 is formed. The main surface of the obtained AlN single crystal layer 25 is the (0001) plane. Since the thickness of the layer is increased by nitriding, it is shown thick in the figure. AuGe is an n-type GaAs substrate 2
2 to form an AuGe diffusion layer 22a (FIG. 6C). In order to spread AuGe,
The heating temperature and the heating time in the nitriding step may be appropriately adjusted. Even if the nitridation reaction is substantially completed, heating may be continued only for diffusion.

【0106】その後、AlN単結晶層25上に、n型G
0.9Al0.1Nの単結晶からなるクラッド層26をIC
B法を用いてエピタキシャル成長する(図6(d))。
この後は、上述した他の実施例と同様に、ダブルヘテロ
構造を有する半導体積層構造(n型クラッド層26、活
性層27、p型クラッド層28およびコンタクト層29
を含む)エピタキシャル成長によって形成する。その
後、コンタクト層29およびn型GaAs基板22上に
互いに対向するように電極32aおよび32bをそれぞ
れ形成することによって、図13に示した発光素子40
0が得られる。上記の半導体積層構造の結晶構造は六方
晶系であり、結晶の劈開面をキャビティの端面(face
t)とするレーザ素子を形成することができる。
After that, the n-type G
a Cladding layer 26 composed of a 0.9 Al 0.1 N single crystal
Epitaxial growth is performed using the B method (FIG. 6D).
Thereafter, similarly to the other embodiments described above, the semiconductor laminated structure having the double hetero structure (the n-type cladding layer 26, the active layer 27, the p-type cladding layer 28, and the contact layer 29)
Is formed by epitaxial growth. Thereafter, the electrodes 32a and 32b are formed on the contact layer 29 and the n-type GaAs substrate 22 so as to face each other, whereby the light emitting element 40 shown in FIG.
0 is obtained. The crystal structure of the semiconductor laminated structure described above is hexagonal, and the cleavage plane of the crystal is
A laser device as t) can be formed.

【0107】n−GaAs基板22のn−AlN層25
側の表面近傍に形成されたAuGe拡散層22aにおい
て、Ge原子はドナーとして機能するので、n−GaA
s基板22とn−AlN層25との界面の電気抵抗を低
下させる。従って、発光素子400のように、導電性の
基板22と半導体積層構造とを挟持するするように一対
の電極32aおよび32bを配置した構成において、動
作電圧を低減することができる。
The n-AlN layer 25 of the n-GaAs substrate 22
Ge atoms function as donors in the AuGe diffusion layer 22a formed near the surface on the side of n-GaAs.
The electric resistance at the interface between the s substrate 22 and the n-AlN layer 25 is reduced. Therefore, in a configuration in which the pair of electrodes 32a and 32b are arranged so as to sandwich the conductive substrate 22 and the semiconductor multilayer structure like the light emitting element 400, the operating voltage can be reduced.

【0108】また、実施例2−3において、導電性単結
晶基板22としてp型GaAs基板を、金属単結晶層2
3としてAuNi単結晶層を、金属単結晶層24として
Mg(例えば約0.5モル%)を添加したAl単結晶層
を用いれば、p型GaAs基板22上にp型AlN層2
5を形成することができるので、ダブルヘテロ構造の導
電型の配置が上述の配置を反転させた配置の発光素子を
製造することができる。さらに、この逆転配置において
は、p型GaAs基板22のp型AlN25層側の表面
に近傍にAuNi拡散層22aが形成される。AuNi
拡散層中のNiはアクセプタとして機能するので、p−
GaAs基板22とp−AlN層25との界面の電気抵
抗を低下させ、発光素子の動作電圧を低減することがで
きる。
Further, in Example 2-3, a p-type GaAs substrate was used as the conductive single crystal substrate 22 and the metal single crystal layer 2 was used.
If an AuNi single crystal layer is used as 3 and an Al single crystal layer to which Mg (for example, about 0.5 mol%) is added is used as the metal single crystal layer 24, the p-type AlN layer 2 is formed on the p-type GaAs substrate 22.
5, it is possible to manufacture a light-emitting element in which the arrangement of the conductivity type of the double hetero structure is reversed from the above arrangement. Further, in this inverted arrangement, an AuNi diffusion layer 22a is formed near the surface of the p-type GaAs substrate 22 on the p-type AlN25 layer side. AuNi
Since Ni in the diffusion layer functions as an acceptor, p-
The electric resistance at the interface between the GaAs substrate 22 and the p-AlN layer 25 can be reduced, and the operating voltage of the light emitting element can be reduced.

【0109】なお、上記の実施例において、金属単結晶
層23の材料として、Au(単体)やAuを含む他の合
金を用いてもよい。
In the above embodiment, Au (simple substance) or another alloy containing Au may be used as the material of the metal single crystal layer 23.

【0110】以上説明したように、本発明の実施例2に
よれば、導電性単結晶基板の直上に金属単結晶層および
窒化物半導体単結晶層を順次形成し、さらにその上に半
導体層を形成しているので、従来よりも放熱性がよく、
半導体層の欠陥や転位の密度を低減させることができ
る。また、導電性単結晶基板の裏面に電極を設けること
ができるので、従来よりも安価な半導体装置およびその
製造方法を得ることができる。
As described above, according to the second embodiment of the present invention, a metal single crystal layer and a nitride semiconductor single crystal layer are sequentially formed immediately above a conductive single crystal substrate, and a semiconductor layer is further formed thereon. Because it is formed, heat dissipation is better than before,
The density of defects and dislocations in the semiconductor layer can be reduced. In addition, since an electrode can be provided on the back surface of the conductive single crystal substrate, a semiconductor device and a method for manufacturing the same can be obtained at lower cost than in the past.

【0111】[0111]

【発明の効果】本発明の窒化物半導体の結晶成長方法に
よれば、金属単結晶層を窒化することによって形成され
た金属窒化物単結晶層上に窒化物半導体結晶層がエピタ
キシャル成長されるので、従来よりも欠陥や転位が少な
い窒化物半導体層が得られる。
According to the nitride semiconductor crystal growth method of the present invention, the nitride semiconductor crystal layer is epitaxially grown on the metal nitride single crystal layer formed by nitriding the metal single crystal layer. A nitride semiconductor layer having fewer defects and dislocations than before can be obtained.

【0112】また、本発明による窒化物半導体の結晶成
長方法を用いて窒化物半導体を製造することによって、
従来よりも寿命が長く信頼性の高い窒化物半導体装置が
得られる。本発明による窒化物半導体の結晶成長方法
は、例えば、青色半導体レーザの製造方法に好適に適用
される。
Also, by manufacturing a nitride semiconductor using the nitride semiconductor crystal growth method according to the present invention,
Thus, a nitride semiconductor device having a longer life and higher reliability than before can be obtained. The method for growing a nitride semiconductor crystal according to the present invention is suitably applied to, for example, a method for manufacturing a blue semiconductor laser.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による実施形態の窒化物半導体の結晶成
長方法を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a nitride semiconductor crystal growth method according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明による他の実施形態の窒化物半導体の結
晶成長方法を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a nitride semiconductor crystal growth method according to another embodiment of the present invention.

【図3】本発明による他の実施形態の窒化物半導体の結
晶成長方法を示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a nitride semiconductor crystal growth method according to another embodiment of the present invention.

【図4】本発明による他の実施形態の窒化物半導体の結
晶成長方法を示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a nitride semiconductor crystal growth method according to another embodiment of the present invention.

【図5】本発明による他の実施形態の窒化物半導体の結
晶成長方法を示す断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a nitride semiconductor crystal growth method according to another embodiment of the present invention.

【図6】本発明による他の実施形態の窒化物半導体の結
晶成長方法を示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a nitride semiconductor crystal growth method according to another embodiment of the present invention.

【図7】本発明による実施例の発光素子100を模式的
に示す断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing a light emitting device 100 according to an example of the present invention.

【図8】図7に示した発光素子100の製造方法を模式
的に示す断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a method for manufacturing the light emitting device 100 shown in FIG.

【図9】本発明の発光素子および従来の発光素子の動作
時間と動作電流の変化率との関係を表すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing a relationship between an operation time and a change rate of an operation current of the light emitting element of the present invention and the conventional light emitting element.

【図10】本発明による実施例の発光素子200を模式
的に示す断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing a light emitting device 200 according to an example of the present invention.

【図11】図10に示した発光素子200の製造方法を
模式的に示す断面図である。
11 is a cross-sectional view schematically showing a method for manufacturing the light emitting device 200 shown in FIG.

【図12】本発明による実施例の発光素子300を模式
的に示す断面図である。
FIG. 12 is a sectional view schematically showing a light emitting device 300 according to an example of the present invention.

【図13】本発明による実施例の発光素子400を模式
的に示す断面図である。
FIG. 13 is a sectional view schematically showing a light emitting device 400 according to an example of the present invention.

【図14】従来の発光素子を模式的に示す断面図であ
る。
FIG. 14 is a cross-sectional view schematically showing a conventional light emitting device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

22 基板(単結晶基板) 22a 金属拡散層 23 金属単結晶層(AuまたはAuを含む合金層) 24 金属単結晶層(AlまたはAlを含む合金層) 25 金属窒化物単結晶層 26 窒化物半導体層(n型Ga0.9Al0.1Nクラッド
層) 27 多重量子井戸活性層 28 p型Ga0.9Al0.1Nクラッド層 29 p型GaNコンタクト層 32a、32b 電極 92 サファイア基板 95 バッファ層 96 n型クラッド層 97 n型活性層 98 p型クラッド層 100、200、300、400、900 発光素子
Reference Signs List 22 substrate (single crystal substrate) 22a metal diffusion layer 23 metal single crystal layer (Au or alloy layer containing Au) 24 metal single crystal layer (Al or alloy layer containing Al) 25 metal nitride single crystal layer 26 nitride semiconductor Layer (n-type Ga 0.9 Al 0.1 N cladding layer) 27 Multiple quantum well active layer 28 p-type Ga 0.9 Al 0.1 N cladding layer 29 p-type GaN contact layer 32 a, 32 b electrode 92 sapphire substrate 95 buffer layer 96 n-type cladding layer 97 n-type active layer 98 p-type cladding layer 100, 200, 300, 400, 900 light emitting device

Claims (24)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に第1金属単結晶層を形成する工
程と、 前記第1金属単結晶層を窒化することによって金属窒化
物単結晶層を形成する工程と、 前記金属窒化物単結晶層上に第1窒化物半導体層をエピ
タキシャル成長する工程と、 を包含する窒化物半導体の結晶成長方法。
A step of forming a first metal single crystal layer on a substrate; a step of forming a metal nitride single crystal layer by nitriding the first metal single crystal layer; Epitaxially growing a first nitride semiconductor layer on the layer.
【請求項2】 前記第1金属単結晶層を形成する工程
は、 単結晶基板を用意する工程と、 前記単結晶基板上に前記第1金属単結晶層をエピタキシ
ャル成長させる工程と、 を包含する請求項1に記載の窒化物半導体の結晶成長方
法。
2. The step of forming the first metal single crystal layer includes the steps of: preparing a single crystal substrate; and epitaxially growing the first metal single crystal layer on the single crystal substrate. Item 4. The method for growing a nitride semiconductor crystal according to Item 1.
【請求項3】 前記第1金属単結晶層をエピタキシャル
成長させる工程はクラスターイオンビーム法によって行
われる請求項2に記載の窒化物半導体の結晶成長方法。
3. The method according to claim 2, wherein the step of epitaxially growing the first metal single crystal layer is performed by a cluster ion beam method.
【請求項4】 前記第1金属単結晶層は、Al1-x-y
xIny(0≦x、y≦1、0≦x+y<1)から形成
されている請求項2に記載の窒化物半導体の結晶成長方
法。
4. The first metal single crystal layer is made of Al 1-xy G
3. The method of growing a nitride semiconductor crystal according to claim 2, wherein the nitride semiconductor is formed from a x In y (0 ≦ x, y ≦ 1, 0 ≦ x + y <1).
【請求項5】 前記第1窒化物半導体層は、Al1-s-t
GasIntN(0≦s、t≦1、0≦s+t≦1)から
形成されている請求項4に記載の窒化物半導体の結晶成
長方法。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first nitride semiconductor layer is formed of Al 1-st
Ga s In t N (0 ≦ s, t ≦ 1,0 ≦ s + t ≦ 1) nitride semiconductor method of crystal growth according to claim 4 which is formed from.
【請求項6】 前記第1金属単結晶層を窒化する工程
は、少なくともヒドラジンまたはアンモニアを含む雰囲
気中で、前記第1金属単結晶層を窒化する工程である、
請求項1から5のいずれかに記載の窒化物半導体の結晶
成長方法。
6. The step of nitriding the first metal single crystal layer is a step of nitriding the first metal single crystal layer in an atmosphere containing at least hydrazine or ammonia.
A method for growing a nitride semiconductor crystal according to claim 1.
【請求項7】 前記第1金属単結晶層を窒化する工程
は、前記第1金属単結晶層の金属原子を前記単結晶基板
中に拡散させることによって、前記単結晶基板の表面に
金属拡散層を形成する工程を包含する、請求項1から6
のいずれかに記載の窒化物半導体の結晶成長方法。
7. The step of nitriding the first metal single crystal layer includes diffusing metal atoms of the first metal single crystal layer into the single crystal substrate, thereby forming a metal diffusion layer on the surface of the single crystal substrate. 7. The method of claim 1, further comprising the step of:
The crystal growth method for a nitride semiconductor according to any one of the above.
【請求項8】 前記単結晶基板上に第2金属単結晶層を
形成する工程を更に包含し、 前記第1金属単結晶層を形成する工程は、前記第2金属
単結晶層上に前記第1金属単結晶層をエピタキシャル成
長する工程である請求項2に記載の窒化物半導体の結晶
成長方法。
8. The method according to claim 8, further comprising forming a second metal single crystal layer on the single crystal substrate, wherein the forming the first metal single crystal layer includes forming the second metal single crystal layer on the second metal single crystal layer. 3. The method for growing a nitride semiconductor crystal according to claim 2, wherein the method is a step of epitaxially growing a single metal single crystal layer.
【請求項9】 前記第1金属単結晶層を窒化する工程
は、前記第2金属単結晶層の金属原子を前記単結晶基板
中に拡散させることによって、前記第単結晶基板の表面
に金属拡散層を形成する工程を包含する、請求項8に記
載の窒化物半導体の結晶成長方法。
9. The step of nitriding the first metal single crystal layer includes: diffusing metal atoms of the second metal single crystal layer into the single crystal substrate to cause metal diffusion on the surface of the first single crystal substrate. 9. The method for growing a nitride semiconductor crystal according to claim 8, comprising a step of forming a layer.
【請求項10】 半導体積層構造と前記半導体積層構造
に電圧を印加するための一対の電極を有する窒化物半導
体装置の製造方法であって、 前記半導体積層構造を形成する工程は、請求項1に記載
の窒化物半導体の結晶成長方法によって、第1窒化物半
導体層をエピタキシャル成長する工程を包含する窒化物
半導体装置の製造方法。
10. A method for manufacturing a nitride semiconductor device having a semiconductor multilayer structure and a pair of electrodes for applying a voltage to the semiconductor multilayer structure, wherein the step of forming the semiconductor multilayer structure is performed according to claim 1. A method for manufacturing a nitride semiconductor device, comprising the step of epitaxially growing a first nitride semiconductor layer by the nitride semiconductor crystal growth method described above.
【請求項11】 前記単結晶基板は導電性を有する単結
晶基板であって、 前記電極を形成する工程は、前記単結晶基板および前記
半導体積層構造を介して互いに対向する面に一対の電極
を形成する工程である請求項10に記載の窒化物半導体
装置の製造方法。
11. The single crystal substrate is a single crystal substrate having conductivity, and the step of forming the electrode includes forming a pair of electrodes on surfaces facing each other with the single crystal substrate and the semiconductor stacked structure interposed therebetween. The method for manufacturing a nitride semiconductor device according to claim 10, which is a step of forming.
【請求項12】 前記第1窒化物半導体層をエピタキシ
ャル成長する工程は、前記単結晶基板として半導体単結
晶基板を用い、前記半導体単結晶基板上に前記金属単結
晶層をエピタキシャル成長する工程と、 前記金属単結晶層を窒化することによって前記金属窒化
物単結晶層を形成するとともに、前記金属単結晶層の金
属原子を拡散させることによって前記半導体単結晶基板
の表面に金属拡散層を形成する工程とを包含する請求項
10に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
12. The step of epitaxially growing the first nitride semiconductor layer comprises: using a semiconductor single crystal substrate as the single crystal substrate, epitaxially growing the metal single crystal layer on the semiconductor single crystal substrate; Forming the metal nitride single crystal layer by nitriding the single crystal layer, and forming a metal diffusion layer on the surface of the semiconductor single crystal substrate by diffusing metal atoms of the metal single crystal layer. The method for manufacturing a nitride semiconductor device according to claim 10, further comprising:
【請求項13】 前記単結晶基板は(111)面を主面
とするSi単結晶基板であって、 前記金属単結晶層を形成する工程は、前記Si単結晶基
板の(111)面上に、(111)面を主面とするAl
1-x-yGaxIny(0≦x、y≦1、0≦x+y<1)
からなる層をエピタキシャル成長させる工程であって、 前記金属窒化物単結晶層を形成する工程は、前記Al
1-x-yGaxInyからなる前記金属単結晶層を窒化する
ことによって、(0001)を主面とするAl1- x-y
xInyNからなる前記金属窒化物単結晶層を形成する
工程である請求項12に記載の窒化物半導体装置の製造
方法。
13. The method according to claim 13, wherein the single crystal substrate is a Si single crystal substrate having a (111) plane as a main surface. Al having a (111) plane as a main surface
1-xy Ga x In y (0 ≦ x, y ≦ 1, 0 ≦ x + y <1)
Wherein the step of epitaxially growing a layer consisting of
By nitriding the metal single crystal layer made of 1-xy Ga x In y, Al 1- xy G having a main surface of (0001) is formed.
method of manufacturing a nitride semiconductor device according to claim 12 is a step of forming the metal nitride single crystal layer consisting of a x In y N.
【請求項14】 単結晶基板と、 前記単結晶基板上に形成された、窒化された金属単結晶
層から形成されている金属窒化物単結晶層と、 前記金属窒化物単結晶層上にエピタキシャル成長された
第1窒化物半導体層を含む半導体積層構造と、 前記半導体積層構造に電圧を印加するための一対の電極
と、を有する窒化物半導体装置。
14. A single crystal substrate, a metal nitride single crystal layer formed from a nitrided metal single crystal layer formed on the single crystal substrate, and epitaxial growth on the metal nitride single crystal layer A nitride semiconductor device, comprising: a semiconductor multilayer structure including the first nitride semiconductor layer thus formed; and a pair of electrodes for applying a voltage to the semiconductor multilayer structure.
【請求項15】 導電性を有する単結晶基板と、 前記単結晶基板上に形成された、窒化された金属単結晶
層から形成されている金属窒化物単結晶層と、 前記金属窒化物単結晶層上にエピタキシャル成長された
第1窒化物半導体層を含む半導体積層構造と、 前記単結晶基板と前記半導体積層構造とを介して、互い
に対向する面に設けられた一対の電極と、 を有する窒化物半導体装置。
15. A single crystal substrate having conductivity; a metal nitride single crystal layer formed from a nitrided metal single crystal layer formed on the single crystal substrate; and the metal nitride single crystal A nitride semiconductor, comprising: a semiconductor multilayer structure including a first nitride semiconductor layer epitaxially grown on a layer; and a pair of electrodes provided on surfaces opposed to each other via the single crystal substrate and the semiconductor multilayer structure. Semiconductor device.
【請求項16】 前記単結晶基板の上に、第1金属単結
晶層を更に有し、 前記金属窒化物単結晶層は、前記第1金属単結晶層上に
エピタキシャル成長された第2金属単結晶層が窒化され
た層から形成されている請求項14または15に記載の
窒化物半導体装置。
16. The semiconductor device further comprising a first metal single crystal layer on the single crystal substrate, wherein the metal nitride single crystal layer is a second metal single crystal epitaxially grown on the first metal single crystal layer. 16. The nitride semiconductor device according to claim 14, wherein the layer is formed from a nitrided layer.
【請求項17】 前記単結晶基板は、前記金属窒化物単
結晶層の金属原子が拡散した金属拡散層を有する請求項
14または15に記載の窒化物半導体装置。
17. The nitride semiconductor device according to claim 14, wherein the single crystal substrate has a metal diffusion layer in which metal atoms of the metal nitride single crystal layer are diffused.
【請求項18】 前記単結晶基板は、前記第1金属単結
晶層の金属原子が拡散した金属拡散層を有する請求項1
6に記載の窒化物半導体装置。
18. The single crystal substrate has a metal diffusion layer in which metal atoms of the first metal single crystal layer are diffused.
7. The nitride semiconductor device according to 6.
【請求項19】 前記単結晶基板は、Si1-s-tGes
t(0≦s、t≦1、0≦s+t≦1)から形成されて
いる請求項14から18のいずれかに記載の窒化物半導
体装置。
19. The method according to claim 19, wherein the single crystal substrate is made of Si 1-st Ge s C
The nitride semiconductor device according to claim 14, wherein the nitride semiconductor device is formed from t (0 ≦ s, t ≦ 1, 0 ≦ s + t ≦ 1).
【請求項20】 前記単結晶基板は、A1-uu(0<u
<1)から形成されており、ここでAはAl、Ga及び
Inの内の1つであり、BはAs、P及びSbの内の1
つである請求項14から18のいずれかに記載の窒化物
半導体装置。
20. The single-crystal substrate according to claim 1, wherein A 1 -u Bu (0 <u)
<1), where A is one of Al, Ga and In, and B is one of As, P and Sb.
19. The nitride semiconductor device according to claim 14, wherein:
【請求項21】 前記単結晶基板は、サファイア、ス
ピネル、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化クロム、酸
化リチウムニオブ、酸化リチウムタンタルおよび酸化リ
チウムガリウムからなる群から選択される請求項14に
記載の窒化物半導体装置。
21. The nitride according to claim 14, wherein the single crystal substrate is selected from the group consisting of sapphire, spinel, magnesium oxide, zinc oxide, chromium oxide, lithium niobium oxide, lithium tantalum oxide and lithium gallium oxide. Semiconductor device.
【請求項22】 前記第1金属単結晶層は、Auまたは
Auを含む合金から形成されている請求項18に記載の
窒化物半導体装置。
22. The nitride semiconductor device according to claim 18, wherein the first metal single crystal layer is made of Au or an alloy containing Au.
【請求項23】 前記金属窒化物単結晶層は、Al
1-x-yGaxInyN(0≦x、y≦1、0≦x+y<
1)から形成されている請求項14から21のいずれか
に記載の窒化物半導体装置。
23. The metal nitride single crystal layer is formed of Al
1-xy Ga x In y N (0 ≦ x, y ≦ 1, 0 ≦ x + y <
22. The nitride semiconductor device according to claim 14, which is formed from 1).
【請求項24】 前記単結晶基板は(111)面を主面
とするSi単結晶基板であって、前記金属窒化物単結晶
層は(111)面上に形成され、且つ(0001)を主
面とする請求項23に記載の窒化物半導体装置。
24. The single crystal substrate is a Si single crystal substrate having a (111) plane as a main surface, and the metal nitride single crystal layer is formed on a (111) plane and has a (0001) plane. 24. The nitride semiconductor device according to claim 23, wherein the surface is a plane.
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