JP2000332289A - Ｉｉｉ族窒化物半導体素子及びその製造方法 - Google Patents
Ｉｉｉ族窒化物半導体素子及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】Ｓｉ基板上に、密着性があり、且つ結晶性に優
れるＩＩＩ族窒化物半導体結晶層から成る積層構造体を
構成し、発光強度に優れたＩＩＩ族窒化物半導体発光素
子を得る。 【解決手段】Ｓｉ基板上に、ＩＩＩ族金属元素を主体と
して成る堆積層を介してＩＩＩ族窒化物半導体緩衝層を
形成し、その上にＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体を構
成する。
れるＩＩＩ族窒化物半導体結晶層から成る積層構造体を
構成し、発光強度に優れたＩＩＩ族窒化物半導体発光素
子を得る。 【解決手段】Ｓｉ基板上に、ＩＩＩ族金属元素を主体と
して成る堆積層を介してＩＩＩ族窒化物半導体緩衝層を
形成し、その上にＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体を構
成する。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】Ｓｉ基板上に、良質のＩＩＩ
族窒化物半導体層を形成した半導体素子に関する。
族窒化物半導体層を形成した半導体素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒素を構成元素とするＩＩＩ族窒化物半
導体結晶層は、短波長可視発光デバイスあるいは高周波
電子デバイスの緩衝層、発光層、チャネル（ｃｈａｎｎ
ｅｌ）層等を構成するために利用されている（例えば、
Ｍａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．，Ｖｏ
ｌ．４６８（１９７７）、４８１〜４８６頁参照）。
導体結晶層は、短波長可視発光デバイスあるいは高周波
電子デバイスの緩衝層、発光層、チャネル（ｃｈａｎｎ
ｅｌ）層等を構成するために利用されている（例えば、
Ｍａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．，Ｖｏ
ｌ．４６８（１９７７）、４８１〜４８６頁参照）。
【０００３】従来、上記のＩＩＩ族窒化物半導体デバイ
スの積層用基板として、六方晶系のサファイアや炭化珪
素単結晶が用いられてきた（例えば、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐ
ｐｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｖｏｌ．３４、Ｐｔ．２、Ｎｏ．１
０（１９９５）、Ｌ１３３２〜Ｌ１３３５頁参照）。
スの積層用基板として、六方晶系のサファイアや炭化珪
素単結晶が用いられてきた（例えば、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐ
ｐｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｖｏｌ．３４、Ｐｔ．２、Ｎｏ．１
０（１９９５）、Ｌ１３３２〜Ｌ１３３５頁参照）。
【０００４】最近では、Ｓｉ単結晶を基板とする積層構
造体から短波長発光素子を構成する例があるが（Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７２（４）（１９９８）、
４１５〜４１７頁参照）、これはダイヤモンド構造型の
Ｓｉを基板とすれば、（１）［０１１］結晶方向への劈
開を利用して個別素子に裁断できる、（２）半導体レー
ザー素子にあって、劈開により簡便に光共振面を形成で
きるからである。また導電性の立方晶結晶材料から基板
を構成すれば、オーミック電極が都合良く形成できる
（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．，３３（２３）（１９
９７）、１９８６〜１９８７頁参照）。
造体から短波長発光素子を構成する例があるが（Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７２（４）（１９９８）、
４１５〜４１７頁参照）、これはダイヤモンド構造型の
Ｓｉを基板とすれば、（１）［０１１］結晶方向への劈
開を利用して個別素子に裁断できる、（２）半導体レー
ザー素子にあって、劈開により簡便に光共振面を形成で
きるからである。また導電性の立方晶結晶材料から基板
を構成すれば、オーミック電極が都合良く形成できる
（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．，３３（２３）（１９
９７）、１９８６〜１９８７頁参照）。
【０００５】しかし、Ｓｉを基板として使用した場合、
ウルツ鉱（ｗｕｒｔｚｉｔｅ）型の六方晶窒化ガリウム
との格子定数の差異（格子ミスマッチ度）は約１７％に
達し（上記のＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７２
（１９９８）参照）、このため、Ｓｉ基板上には、Ｇａ
Ｎを初めとして連続性のあるＩＩＩ族窒化物半導体結晶
層を積層するのは困難とされている。
ウルツ鉱（ｗｕｒｔｚｉｔｅ）型の六方晶窒化ガリウム
との格子定数の差異（格子ミスマッチ度）は約１７％に
達し（上記のＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７２
（１９９８）参照）、このため、Ｓｉ基板上には、Ｇａ
Ｎを初めとして連続性のあるＩＩＩ族窒化物半導体結晶
層を積層するのは困難とされている。
【０００６】従来より、これを回避するため、Ｓｉ単結
晶基板上に緩衝層等の介在層を配置する技術手段が採ら
れている。緩衝層（中間層）としては、窒化アルミニウ
ム・ガリウム（ＡｌＧａＮ）を用いる例が知られ（第５
９回応用物理学会学術講演会（１９９８年９月）講演予
稿集、３１２頁、１７ｐ−ＹＡ−１５）、このＡｌＧａ
Ｎ中間層は、１０９０℃の高温で形成されている。ま
た、緩衝層として、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を介在
させる技術も開示されており（特開平１０−２４２５８
６号公報明細書参照）、この場合、緩衝層は８４０℃で
成膜されている。
晶基板上に緩衝層等の介在層を配置する技術手段が採ら
れている。緩衝層（中間層）としては、窒化アルミニウ
ム・ガリウム（ＡｌＧａＮ）を用いる例が知られ（第５
９回応用物理学会学術講演会（１９９８年９月）講演予
稿集、３１２頁、１７ｐ−ＹＡ−１５）、このＡｌＧａ
Ｎ中間層は、１０９０℃の高温で形成されている。ま
た、緩衝層として、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を介在
させる技術も開示されており（特開平１０−２４２５８
６号公報明細書参照）、この場合、緩衝層は８４０℃で
成膜されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来より行われてい
る、Ｓｉ基板上にＡｌＮ系の緩衝層を配置する方法で
は、緩衝層上のＩＩＩ族窒化物半導体結晶層の表面の平
坦性は必ずしも充分に確保されておらず（特開平１０−
２４２５８６号公報明細書参照）、このため緩衝層の成
膜時に、表面に平坦性を与える複数の不純物を故意に添
加（ドーピング）する煩雑な手段が採られている。
る、Ｓｉ基板上にＡｌＮ系の緩衝層を配置する方法で
は、緩衝層上のＩＩＩ族窒化物半導体結晶層の表面の平
坦性は必ずしも充分に確保されておらず（特開平１０−
２４２５８６号公報明細書参照）、このため緩衝層の成
膜時に、表面に平坦性を与える複数の不純物を故意に添
加（ドーピング）する煩雑な手段が採られている。
【０００８】本発明は、この従来技術の問題点に鑑み、
Ｓｉ結晶基板上に連続性のあるＩＩＩ族窒化物半導体結
晶層を安定して与える緩衝層の構成を提示し、これによ
り特性に優れるＩＩＩ族窒化物半導体素子を提供するこ
とを目的としている。
Ｓｉ結晶基板上に連続性のあるＩＩＩ族窒化物半導体結
晶層を安定して与える緩衝層の構成を提示し、これによ
り特性に優れるＩＩＩ族窒化物半導体素子を提供するこ
とを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者は、［１］Ｓｉ
単結晶基板上に緩衝層を介して、窒化ガリウム系半導体
の積層構造を有するＩＩＩ族窒化物半導体素子におい
て、Ｓｉ基板の表面に、有機ＩＩＩ族化合物またはＩＩ
Ｉ族塩化物から生成する、主としてＩＩＩ族金属元素か
ら構成された堆積層を有し、該堆積層上に、ＩＩＩ族窒
化合物半導体結晶から構成される緩衝層を有し、さらに
その上にＩＩＩ族窒化物半導体層を有することを特徴と
するＩＩＩ族窒化物半導体素子、［２］前記ＩＩＩ族金
属元素から構成される堆積層が、Ｓｉ基板の表面を、有
機ＩＩＩ族化合物またはＩＩＩ族塩化物に曝すことで形
成されることを特徴とする［１］に記載のＩＩＩ族窒化
物半導体素子の製造方法、［３］前記ＩＩＩ族金属元素
から構成される堆積層の生成温度をＡ、その上に形成さ
れる緩衝層の形成温度をＢ、さらにその上に形成される
ＩＩＩ族窒化物半導体層の形成温度をＣとした場合、上
記にＡ＜Ｂ＜Ｃなる関係があることを特徴とする［２］
に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法、［４］
上記温度は、Ａが２００℃以上３５０℃以下で、Ｂが３
５０℃を越え６００℃以下であることを特徴とする請求
項３記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法、を成
すことで上述の問題点を解決した。
単結晶基板上に緩衝層を介して、窒化ガリウム系半導体
の積層構造を有するＩＩＩ族窒化物半導体素子におい
て、Ｓｉ基板の表面に、有機ＩＩＩ族化合物またはＩＩ
Ｉ族塩化物から生成する、主としてＩＩＩ族金属元素か
ら構成された堆積層を有し、該堆積層上に、ＩＩＩ族窒
化合物半導体結晶から構成される緩衝層を有し、さらに
その上にＩＩＩ族窒化物半導体層を有することを特徴と
するＩＩＩ族窒化物半導体素子、［２］前記ＩＩＩ族金
属元素から構成される堆積層が、Ｓｉ基板の表面を、有
機ＩＩＩ族化合物またはＩＩＩ族塩化物に曝すことで形
成されることを特徴とする［１］に記載のＩＩＩ族窒化
物半導体素子の製造方法、［３］前記ＩＩＩ族金属元素
から構成される堆積層の生成温度をＡ、その上に形成さ
れる緩衝層の形成温度をＢ、さらにその上に形成される
ＩＩＩ族窒化物半導体層の形成温度をＣとした場合、上
記にＡ＜Ｂ＜Ｃなる関係があることを特徴とする［２］
に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法、［４］
上記温度は、Ａが２００℃以上３５０℃以下で、Ｂが３
５０℃を越え６００℃以下であることを特徴とする請求
項３記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法、を成
すことで上述の問題点を解決した。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の堆積層とは、Ｓｉ基板の
表面を被覆するために比較的低温で形成される、ＩＩＩ
族金属元素を含む層である。一例を挙げれば、Ｓｉ基板
の表面上にガリウムを主体とする堆積層を形成するに
は、例えば、基板を加熱してトリメチルガリウム（（Ｃ
Ｈ3）3Ｇａ）の蒸気を含む気体を噴霧すれば形成でき
る。またトリメチルガリウムの蒸気を含む気流中に、Ｓ
ｉ基板の表面を曝す手法によっても形成できる。所望す
る堆積層の構成によって、噴霧する気体の構成を変え
る。例えば、アルミニウムを主体とする堆積層を構成す
るには、トリメチルアルミニウム（（ＣＨ3）3Ａｌ）な
どを用いる。インジウムを主体とする堆積層を構成する
には、トリメチルインジウム（（ＣＨ3）3Ｉｎ）や結合
価を１価とするシクロペンタジエニルインジウム（Ｃ5
Ｈ5Ｉｎ）（Ｊ．Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ，１０
７（１９９１）、３６０〜３６４頁参照）が利用でき
る。
表面を被覆するために比較的低温で形成される、ＩＩＩ
族金属元素を含む層である。一例を挙げれば、Ｓｉ基板
の表面上にガリウムを主体とする堆積層を形成するに
は、例えば、基板を加熱してトリメチルガリウム（（Ｃ
Ｈ3）3Ｇａ）の蒸気を含む気体を噴霧すれば形成でき
る。またトリメチルガリウムの蒸気を含む気流中に、Ｓ
ｉ基板の表面を曝す手法によっても形成できる。所望す
る堆積層の構成によって、噴霧する気体の構成を変え
る。例えば、アルミニウムを主体とする堆積層を構成す
るには、トリメチルアルミニウム（（ＣＨ3）3Ａｌ）な
どを用いる。インジウムを主体とする堆積層を構成する
には、トリメチルインジウム（（ＣＨ3）3Ｉｎ）や結合
価を１価とするシクロペンタジエニルインジウム（Ｃ5
Ｈ5Ｉｎ）（Ｊ．Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ，１０
７（１９９１）、３６０〜３６４頁参照）が利用でき
る。
【００１１】堆積層を構成するための原材料には、上記
のトリアルキル化合物の他に、三塩化ガリウム（ＧａＣ
ｌ3）や三塩化インジウム（ＩｎＣｌ3）などのＩＩＩ族
金属元素の塩化物が利用できる。これらのイオン結合
性、あるいは電気陰性度を相違する原子（原子団）から
構成される物質は、共有結合性のＳｉ表面に吸着し易
く、堆積層が優位に形成できる。弗化物等の他のハロゲ
ン化物も利用できないことはないが、特に弗化物にあっ
ては、弗素イオンの作用により、Ｓｉ基板の表面が浸食
され、基板表面の平坦性が損なわれる欠点がある。堆積
層は、これらの塩化物を含む溶液をＳｉ基板表面に塗布
する手法によっても形成できる。
のトリアルキル化合物の他に、三塩化ガリウム（ＧａＣ
ｌ3）や三塩化インジウム（ＩｎＣｌ3）などのＩＩＩ族
金属元素の塩化物が利用できる。これらのイオン結合
性、あるいは電気陰性度を相違する原子（原子団）から
構成される物質は、共有結合性のＳｉ表面に吸着し易
く、堆積層が優位に形成できる。弗化物等の他のハロゲ
ン化物も利用できないことはないが、特に弗化物にあっ
ては、弗素イオンの作用により、Ｓｉ基板の表面が浸食
され、基板表面の平坦性が損なわれる欠点がある。堆積
層は、これらの塩化物を含む溶液をＳｉ基板表面に塗布
する手法によっても形成できる。
【００１２】堆積層を形成するのに都合の良い温度は、
概ね、１５０℃を越える温度である。高温では、Ｓｉ基
板表面からの脱離が顕著となり、堆積層が安定的に形成
できなくなり不都合である。また、堆積層を構成する物
質からＩＩＩ族金属元素が遊離して凝集し、ＩＩＩ族金
属元素の液滴が発生してＳｉ基板の表面が被覆できない
不都合を招く。Ｓｉ基板の表面を被覆する堆積層を安定
して得るのに好ましい温度範囲は、２００℃以上で３５
０℃以下である。
概ね、１５０℃を越える温度である。高温では、Ｓｉ基
板表面からの脱離が顕著となり、堆積層が安定的に形成
できなくなり不都合である。また、堆積層を構成する物
質からＩＩＩ族金属元素が遊離して凝集し、ＩＩＩ族金
属元素の液滴が発生してＳｉ基板の表面が被覆できない
不都合を招く。Ｓｉ基板の表面を被覆する堆積層を安定
して得るのに好ましい温度範囲は、２００℃以上で３５
０℃以下である。
【００１３】堆積層の形成を終了した後は、基板の温度
を好ましくは３５０℃を越え６００℃以下の温度に昇温
し、緩衝層を形成する。緩衝層は、ＧａＮ、ＡｌＮ、Ｉ
ｎＮやそれらの混晶ＡｌXＧａYＩｎ1-X-YＮ（０≦Ｘ，
Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ＝１）から構成できる。緩衝層を形成す
る手段には、通常の気相成長（ＶＰＥ）法、有機金属熱
分解気相成長（ＭＯＣＶＤ）法、或いは分子線エピタキ
シャル（ＭＢＥ）法等の気相成長法を用いることができ
る。堆積層上に形成する緩衝層は、アンドープでも不純
物がドーピングされていても差し支えはないが、層厚は
５０ｎｍ以下、好ましくは約２０ｎｍ以下で約２ｎｍ以
上とすることが好ましい。
を好ましくは３５０℃を越え６００℃以下の温度に昇温
し、緩衝層を形成する。緩衝層は、ＧａＮ、ＡｌＮ、Ｉ
ｎＮやそれらの混晶ＡｌXＧａYＩｎ1-X-YＮ（０≦Ｘ，
Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ＝１）から構成できる。緩衝層を形成す
る手段には、通常の気相成長（ＶＰＥ）法、有機金属熱
分解気相成長（ＭＯＣＶＤ）法、或いは分子線エピタキ
シャル（ＭＢＥ）法等の気相成長法を用いることができ
る。堆積層上に形成する緩衝層は、アンドープでも不純
物がドーピングされていても差し支えはないが、層厚は
５０ｎｍ以下、好ましくは約２０ｎｍ以下で約２ｎｍ以
上とすることが好ましい。
【００１４】堆積層表面上に緩衝層を形成する利点は、
Ｓｉ基板表面と緩衝層との中間にもう１つの層が介在す
るため、Ｓｉ基板との密着性の増した緩衝層が得られる
ことである。また堆積層をその形成時の温度よりも高温
に曝すことにより、堆積層中のメチル基や塩素などが脱
離され、ＩＩＩ族金属元素が表面に露呈する確率が増
し、これより、窒化物半導体堆積層と緩衝層との密着性
をより高めることができる。また、これにより連続性に
優れる緩衝層が形成でき、この緩衝層は、この上に成長
させるＩＩＩ族窒化物半導体層をも連続性に優れるもの
とすることができる。
Ｓｉ基板表面と緩衝層との中間にもう１つの層が介在す
るため、Ｓｉ基板との密着性の増した緩衝層が得られる
ことである。また堆積層をその形成時の温度よりも高温
に曝すことにより、堆積層中のメチル基や塩素などが脱
離され、ＩＩＩ族金属元素が表面に露呈する確率が増
し、これより、窒化物半導体堆積層と緩衝層との密着性
をより高めることができる。また、これにより連続性に
優れる緩衝層が形成でき、この緩衝層は、この上に成長
させるＩＩＩ族窒化物半導体層をも連続性に優れるもの
とすることができる。
【００１５】堆積層と緩衝層とは、同一のＩＩＩ族金属
元素を含む材料から構成できる。例えば、堆積層をＧａ
を主体として構成し、緩衝層をＧａＮから構成したり、
Ａｌを主体としてなる堆積層上に、ＡｌXＧａ1-XＮ（０
≦Ｘ≦１）なる緩衝層を形成するのが効果的である。ま
た、堆積層と緩衝層とで、ＩＩＩ族構成元素が異なって
も構わない。例えば、堆積層がＡｌを主体として成り、
緩衝層がＧａＮから構成されていても構わない。
元素を含む材料から構成できる。例えば、堆積層をＧａ
を主体として構成し、緩衝層をＧａＮから構成したり、
Ａｌを主体としてなる堆積層上に、ＡｌXＧａ1-XＮ（０
≦Ｘ≦１）なる緩衝層を形成するのが効果的である。ま
た、堆積層と緩衝層とで、ＩＩＩ族構成元素が異なって
も構わない。例えば、堆積層がＡｌを主体として成り、
緩衝層がＧａＮから構成されていても構わない。
【００１６】緩衝層上には、好ましくは緩衝層の成膜温
度よりも高い温度で、ＩＩＩ族窒化物半導体層を積層す
る。緩衝層の内部の結晶構成は、非晶質、多結晶、或い
は単結晶、若しくはそれらの混在であって差し支えない
が、素子の機能をなすためには結晶性に優れる単結晶か
ら構成する必要があり、成膜温度を緩衝層よりも高温と
することにより結晶性を向上させることができる。ＩＩ
Ｉ族窒化物半導体層は、一般式ＡｌXＧａYＩｎ1-X-YＮ
（０≦Ｘ，Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ＝１）から構成できる。ま
た、窒素原子以外の砒素原子やリンを含む場合は、一般
式ＡｌXＧａYＩｎ 1-X-YＮaＭ1-a（０≦Ｘ，Ｙ≦１、Ｘ
＋Ｙ＝１、Ｍは窒素以外の第Ｖ族元素を表し、０＜ａ≦
１）から構成できる。
度よりも高い温度で、ＩＩＩ族窒化物半導体層を積層す
る。緩衝層の内部の結晶構成は、非晶質、多結晶、或い
は単結晶、若しくはそれらの混在であって差し支えない
が、素子の機能をなすためには結晶性に優れる単結晶か
ら構成する必要があり、成膜温度を緩衝層よりも高温と
することにより結晶性を向上させることができる。ＩＩ
Ｉ族窒化物半導体層は、一般式ＡｌXＧａYＩｎ1-X-YＮ
（０≦Ｘ，Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ＝１）から構成できる。ま
た、窒素原子以外の砒素原子やリンを含む場合は、一般
式ＡｌXＧａYＩｎ 1-X-YＮaＭ1-a（０≦Ｘ，Ｙ≦１、Ｘ
＋Ｙ＝１、Ｍは窒素以外の第Ｖ族元素を表し、０＜ａ≦
１）から構成できる。
【００１７】例えば、Ｓｉ基板上にＧａを主体とする堆
積層を形成し、その上にＧａＮ緩衝層、ｎ形ＧａＮ下部
クラッド層、ｎ形窒化ガリウム・インジウム（ＧａYＩ
ｎ1-YＮ：０≦Ｙ≦１）発光層、ｐ形ＡｌXＧａ1-XＮ
（０＜Ｘ≦１）上部クラッド層と順次積層すれば、短波
長可視帯或いは近紫外帯の発光素子用途の積層構造体が
構成できる。さらに、上記の積層構造体の表層に電流拡
散層を設ければ、短波長レーザーダイオード用途の積層
構造体となる。また、高比抵抗のＳｉ結晶基板と高抵抗
緩衝層からなる下地層に、高純度のｎ形ＧａYＩｎ1-YＮ
（０≦Ｙ≦１）チャネル層、高純度のｎ形ＡｌXＧａ1-X
Ｎ（０＜Ｘ≦１）スペーサ層、ｎ形ＡｌXＧａ1-XＮ（０
＜Ｘ≦１）電子供給層を順次積層すれば、変調ドーピン
グトランジスタ（ＭＯＤＦＥＴ）が構成できる。
積層を形成し、その上にＧａＮ緩衝層、ｎ形ＧａＮ下部
クラッド層、ｎ形窒化ガリウム・インジウム（ＧａYＩ
ｎ1-YＮ：０≦Ｙ≦１）発光層、ｐ形ＡｌXＧａ1-XＮ
（０＜Ｘ≦１）上部クラッド層と順次積層すれば、短波
長可視帯或いは近紫外帯の発光素子用途の積層構造体が
構成できる。さらに、上記の積層構造体の表層に電流拡
散層を設ければ、短波長レーザーダイオード用途の積層
構造体となる。また、高比抵抗のＳｉ結晶基板と高抵抗
緩衝層からなる下地層に、高純度のｎ形ＧａYＩｎ1-YＮ
（０≦Ｙ≦１）チャネル層、高純度のｎ形ＡｌXＧａ1-X
Ｎ（０＜Ｘ≦１）スペーサ層、ｎ形ＡｌXＧａ1-XＮ（０
＜Ｘ≦１）電子供給層を順次積層すれば、変調ドーピン
グトランジスタ（ＭＯＤＦＥＴ）が構成できる。
【００１８】
【実施例】以下、本発明の詳細を、発光素子を作製する
場合を例にして、より具体的に説明する。図１は、本実
施例に係わる発光素子１Ａの概略を示す平面模式図であ
る。また、図２は、図１の破線Ａ−Ａ’の断面模式図で
ある。
場合を例にして、より具体的に説明する。図１は、本実
施例に係わる発光素子１Ａの概略を示す平面模式図であ
る。また、図２は、図１の破線Ａ−Ａ’の断面模式図で
ある。
【００１９】短波長可視発光素子１Ａは、Ｓｉ単結晶を
基板１０１とする積層構造体１Ｂを母体材料として構成
されている。積層構造体１Ｂは、アンチモンドープｎ形
Ｓｉ基板１０１の表面上に堆積層１０２を介して形成し
た緩衝層１０３と、緩衝層１０３上のＩＩＩ族窒化物半
導体結晶層からなる発光部１０７を備える。
基板１０１とする積層構造体１Ｂを母体材料として構成
されている。積層構造体１Ｂは、アンチモンドープｎ形
Ｓｉ基板１０１の表面上に堆積層１０２を介して形成し
た緩衝層１０３と、緩衝層１０３上のＩＩＩ族窒化物半
導体結晶層からなる発光部１０７を備える。
【００２０】｛００１｝−Ｓｉ単結晶基板１０１は、一
般的なＭＯＣＶＤ反応炉内に設置した後、水素ガスから
成る雰囲気中で２８０℃に加熱した。然る後、水素ガス
にトリメチルガリウム（（ＣＨ3）3Ｇａ）の蒸気を添加
し、このトリメチルガリウムの蒸気を随伴する水素ガス
にＳｉ基板１０１の表面を３０秒間曝し、層厚を約１ｎ
ｍとする堆積層１０２を形成した。層厚は、一般的な偏
光を利用する光学的層厚測定器を利用して測定した。
般的なＭＯＣＶＤ反応炉内に設置した後、水素ガスから
成る雰囲気中で２８０℃に加熱した。然る後、水素ガス
にトリメチルガリウム（（ＣＨ3）3Ｇａ）の蒸気を添加
し、このトリメチルガリウムの蒸気を随伴する水素ガス
にＳｉ基板１０１の表面を３０秒間曝し、層厚を約１ｎ
ｍとする堆積層１０２を形成した。層厚は、一般的な偏
光を利用する光学的層厚測定器を利用して測定した。
【００２１】堆積層１０２の形成終了後、直ちに雰囲気
を構成するガスを水素のみとし、基板１０１の温度を４
３０℃に昇温した。昇温速度は２５℃／分に設定した。
昇温後、トリメチルガリウムをＧａ源、アンモニア（Ｎ
Ｈ3）を窒素源として、通常の常圧ＭＯＣＶＤ法によ
り、ＧａＮから成る緩衝層１０３を成膜した。緩衝層１
０３の層厚は約１５ｎｍとした。
を構成するガスを水素のみとし、基板１０１の温度を４
３０℃に昇温した。昇温速度は２５℃／分に設定した。
昇温後、トリメチルガリウムをＧａ源、アンモニア（Ｎ
Ｈ3）を窒素源として、通常の常圧ＭＯＣＶＤ法によ
り、ＧａＮから成る緩衝層１０３を成膜した。緩衝層１
０３の層厚は約１５ｎｍとした。
【００２２】緩衝層１０３の成膜終了後、基板１０１の
温度を１０５０℃に昇温し、上記の原料系を使用して、
常圧ＭＯＣＶＤ法でＳｉをドーピングしたｎ形ＧａＮ層
（層厚＝３μｍ）１０４を積層した。キャリア濃度は約
３×１０18ｃｍ-3とした。下部クラッド層とするｎ形Ｇ
ａＮ層１０４は亀裂も無く、良好な表面モフォロジーを
有していた。引き続き、下部クラッド層１０４上に、８
９０℃でインジウム組成比を約０．１５とするｎ形Ｇａ
0.85Ｉｎ0.15Ｎ発光層１０５を常圧ＭＯＣＶＤ法で積層
した。発光層１０５は、インジウム組成比を相違する複
数の相（ｐｈａｓｅ或いはｄｏｍａｉｎ）から成る多相
構造の結晶層から構成した。また、発光層１０５のキャ
リア濃度は約９×１０18ｃｍ-3に設定し、層厚は約８ｎ
ｍとした。発光層１０５上には、発光層１０５との接合
界面１０５ａでのアルミニウム組成比を０．２０、表面
側で０の、層厚を１１０ｎｍとするマグネシウムドープ
ｐ形ＡｌXＧａ1-XＮ上部クラッド層１０６を積層した。
なお上部クラッド層１０６はコンタクト層をかねてい
る。これより、上記のｎ形下部クラッド層１０４、ｎ形
多相構造発光層１０５、及び上部クラッド層１０６より
成るｐｎ接合型のダブルヘテロ（ＤＨ）接合構造発光部
１０７を備えた発光素子用途の積層構造体１Ｂを構成し
た。
温度を１０５０℃に昇温し、上記の原料系を使用して、
常圧ＭＯＣＶＤ法でＳｉをドーピングしたｎ形ＧａＮ層
（層厚＝３μｍ）１０４を積層した。キャリア濃度は約
３×１０18ｃｍ-3とした。下部クラッド層とするｎ形Ｇ
ａＮ層１０４は亀裂も無く、良好な表面モフォロジーを
有していた。引き続き、下部クラッド層１０４上に、８
９０℃でインジウム組成比を約０．１５とするｎ形Ｇａ
0.85Ｉｎ0.15Ｎ発光層１０５を常圧ＭＯＣＶＤ法で積層
した。発光層１０５は、インジウム組成比を相違する複
数の相（ｐｈａｓｅ或いはｄｏｍａｉｎ）から成る多相
構造の結晶層から構成した。また、発光層１０５のキャ
リア濃度は約９×１０18ｃｍ-3に設定し、層厚は約８ｎ
ｍとした。発光層１０５上には、発光層１０５との接合
界面１０５ａでのアルミニウム組成比を０．２０、表面
側で０の、層厚を１１０ｎｍとするマグネシウムドープ
ｐ形ＡｌXＧａ1-XＮ上部クラッド層１０６を積層した。
なお上部クラッド層１０６はコンタクト層をかねてい
る。これより、上記のｎ形下部クラッド層１０４、ｎ形
多相構造発光層１０５、及び上部クラッド層１０６より
成るｐｎ接合型のダブルヘテロ（ＤＨ）接合構造発光部
１０７を備えた発光素子用途の積層構造体１Ｂを構成し
た。
【００２３】発光部１０７を構成する各層１０４、１０
５、１０６は、何れも表面の平滑性に優れる連続膜から
成っていた。特に、Ｓｉ基板１０１と堆積層１０２ある
いは緩衝層１０３との間には、空隙などは認められず、
基板１０１との密着性に優れる積層構造体１Ｂが得られ
た。
５、１０６は、何れも表面の平滑性に優れる連続膜から
成っていた。特に、Ｓｉ基板１０１と堆積層１０２ある
いは緩衝層１０３との間には、空隙などは認められず、
基板１０１との密着性に優れる積層構造体１Ｂが得られ
た。
【００２４】発光素子１Ａは、基板１０１の裏面にｎ形
オーミック電極１０９と、上部クラッド層１０６の表面
にｐ形オーミック電極１０８を形成した構成した。双方
のオーミック電極１０８、１０９は共にＡｌから構成し
ている。
オーミック電極１０９と、上部クラッド層１０６の表面
にｐ形オーミック電極１０８を形成した構成した。双方
のオーミック電極１０８、１０９は共にＡｌから構成し
ている。
【００２５】電極１０８、１０９間に順方向に２０ｍＡ
の動作電流を流して、発光素子１Ａを発光させた。発光
素子１Ａからは、発光中心波長を約４６５ｎｍとし、半
値幅を約１４ｎｍとする青緑色光が得られた。一般的な
積分球を利用して測定される発光強度は約１６μＷの高
強度となり、高輝度のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子が
得られた。
の動作電流を流して、発光素子１Ａを発光させた。発光
素子１Ａからは、発光中心波長を約４６５ｎｍとし、半
値幅を約１４ｎｍとする青緑色光が得られた。一般的な
積分球を利用して測定される発光強度は約１６μＷの高
強度となり、高輝度のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子が
得られた。
【００２６】
【発明の効果】本発明の積層構造によると、Ｓｉ基板と
の良好な密着性を有し、結晶性に優れるＩＩＩ族窒化物
半導体機能層が得られ、これにより高輝度のＩＩＩ族窒
化物半導体発光素子を提供することができる。
の良好な密着性を有し、結晶性に優れるＩＩＩ族窒化物
半導体機能層が得られ、これにより高輝度のＩＩＩ族窒
化物半導体発光素子を提供することができる。
【図１】実施例１の発光素子の断面模式図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’断面図である。
１Ａ 発光素子 １Ｂ 積層構造体 １０１ Ｓｉ結晶基板 １０２ 堆積層 １０３ 緩衝層 １０４ ｎ形下部クラッド層 １０５ ｎ形多相構造発光層 １０５ａ 発光層とｐ形上部クラッド層との接合界面 １０６ ｐ形上部クラッド層 １０７ 発光部 １０８ ｐ形オーミック電極 １０９ ｎ形オーミック電極
Claims (4)
- 【請求項１】Ｓｉ単結晶基板上に緩衝層を介して、窒化
ガリウム系半導体の積層構造を有するＩＩＩ族窒化物半
導体素子において、Ｓｉ基板の表面に、有機ＩＩＩ族化
合物またはＩＩＩ族塩化物から生成する、主としてＩＩ
Ｉ族金属元素から構成された堆積層を有し、該堆積層上
に、ＩＩＩ族窒化合物半導体結晶から構成される緩衝層
を有し、さらにその上にＩＩＩ族窒化物半導体層を有す
ることを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体素子。 - 【請求項２】前記ＩＩＩ族金属元素から構成される堆積
層が、Ｓｉ基板の表面を、有機ＩＩＩ族化合物またはＩ
ＩＩ族塩化物に曝すことで形成されることを特徴とする
請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方
法。 - 【請求項３】前記ＩＩＩ族金属元素から構成される堆積
層の生成温度をＡ、その上に形成される緩衝層の形成温
度をＢ、さらにその上に形成されるＩＩＩ族窒化物半導
体層の形成温度をＣとした場合、上記にＡ＜Ｂ＜Ｃなる
関係があることを特徴とする請求項２に記載のＩＩＩ族
窒化物半導体素子の製造方法。 - 【請求項４】上記温度は、Ａが２００℃以上３５０℃以
下、Ｂが３５０℃を越え６００℃以下であることを特徴
とする請求項３記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13963299A JP4277361B2 (ja) | 1999-05-20 | 1999-05-20 | Ｉｉｉ族窒化物半導体素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13963299A JP4277361B2 (ja) | 1999-05-20 | 1999-05-20 | Ｉｉｉ族窒化物半導体素子の製造方法 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000332289A true JP2000332289A (ja) | 2000-11-30 |
| JP2000332289A5 JP2000332289A5 (ja) | 2005-11-17 |
| JP4277361B2 JP4277361B2 (ja) | 2009-06-10 |
Family
ID=15249810
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13963299A Expired - Lifetime JP4277361B2 (ja) | 1999-05-20 | 1999-05-20 | Ｉｉｉ族窒化物半導体素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4277361B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6716655B2 (en) | 2001-06-05 | 2004-04-06 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Group III nitride compound semiconductor element and method for producing the same |
| WO2014038105A1 (ja) * | 2012-09-06 | 2014-03-13 | パナソニック株式会社 | エピタキシャルウェハ及びその製造方法 |
| WO2014038106A1 (ja) * | 2012-09-06 | 2014-03-13 | パナソニック株式会社 | エピタキシャルウェハ及びその製造方法、紫外発光デバイス |
-
1999
- 1999-05-20 JP JP13963299A patent/JP4277361B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6716655B2 (en) | 2001-06-05 | 2004-04-06 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Group III nitride compound semiconductor element and method for producing the same |
| WO2014038105A1 (ja) * | 2012-09-06 | 2014-03-13 | パナソニック株式会社 | エピタキシャルウェハ及びその製造方法 |
| WO2014038106A1 (ja) * | 2012-09-06 | 2014-03-13 | パナソニック株式会社 | エピタキシャルウェハ及びその製造方法、紫外発光デバイス |
| JP2014053412A (ja) * | 2012-09-06 | 2014-03-20 | Panasonic Corp | エピタキシャルウェハ及びその製造方法、紫外発光デバイス |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4277361B2 (ja) | 2009-06-10 |
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