JP2001077412A - 半導体素子およびその製造方法 - Google Patents
半導体素子およびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低コストおよび高い製造効率で製造が可能で
ありかつ格子欠陥が低減された半導体素子およびその製
造方法を提供することである。 【解決手段】 発光ダイオードは、サファイア基板１上
にＡｌＧａＮ低温バッファ層２、Ｍｇ−ＧａＮ第１高温
バッファ層３、アンドープＧａＮ第２高温バッファ層
４、ｎ−ＧａＮコンタクト層５、ＭＱＷ活性層６、アン
ドープＧａＮ保護層７、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層８お
よびｐ−ＧａＮコンタクト層９が順に形成されている。
Ｍｇ−ＧａＮ第１高温バッファ層３は成長初期から連続
膜としてＡｌＧａＮ低温バッファ層２上に形成される。
このため、Ｍｇ−ＧａＮ第１高温バッファ層３は格子欠
陥が低減され良好な結晶性を有しており、薄膜化が可能
である。
ありかつ格子欠陥が低減された半導体素子およびその製
造方法を提供することである。 【解決手段】 発光ダイオードは、サファイア基板１上
にＡｌＧａＮ低温バッファ層２、Ｍｇ−ＧａＮ第１高温
バッファ層３、アンドープＧａＮ第２高温バッファ層
４、ｎ−ＧａＮコンタクト層５、ＭＱＷ活性層６、アン
ドープＧａＮ保護層７、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層８お
よびｐ−ＧａＮコンタクト層９が順に形成されている。
Ｍｇ−ＧａＮ第１高温バッファ層３は成長初期から連続
膜としてＡｌＧａＮ低温バッファ層２上に形成される。
このため、Ｍｇ−ＧａＮ第１高温バッファ層３は格子欠
陥が低減され良好な結晶性を有しており、薄膜化が可能
である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＧａＮ（窒化ガリ
ウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＩｎＮ（窒化イ
ンジウム）、ＢＮ（窒化ホウ素）もしくはＴｌＮ（窒化
タリウム）またはこれらの混晶等のIII −Ｖ族窒化物系
半導体（以下、窒化物系半導体と呼ぶ）からなる化合物
半導体層を有する半導体素子およびその製造方法に関す
る。
ウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＩｎＮ（窒化イ
ンジウム）、ＢＮ（窒化ホウ素）もしくはＴｌＮ（窒化
タリウム）またはこれらの混晶等のIII −Ｖ族窒化物系
半導体（以下、窒化物系半導体と呼ぶ）からなる化合物
半導体層を有する半導体素子およびその製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、Ａｌ
ＩｎＧａＮ等の窒化物系半導体から構成される半導体素
子は、可視から紫外に渡る領域の光に対する受光素子ま
たはこのような光を発生する発光素子として、あるいは
高温下で使用する耐環境電子素子として、または移動体
通信等で使用する高周波ハイパワー電子素子として、そ
の応用が期待されている。
ＩｎＧａＮ等の窒化物系半導体から構成される半導体素
子は、可視から紫外に渡る領域の光に対する受光素子ま
たはこのような光を発生する発光素子として、あるいは
高温下で使用する耐環境電子素子として、または移動体
通信等で使用する高周波ハイパワー電子素子として、そ
の応用が期待されている。
【０００３】通常、これらの窒化物系半導体素子の製造
の際には、ＧａＮからなる基板が実用化されていないた
め、ＧａＮとは格子定数が大きく異なるサファイアやＳ
ｉＣ等からなる基板上に、ＭＯＶＰＥ法（有機金属化学
的気相成長法）またはＭＢＥ法（分子線エピタキシャル
成長法）により、素子領域を含むＧａＮ系半導体層をヘ
テロエピタキシャル成長させている。
の際には、ＧａＮからなる基板が実用化されていないた
め、ＧａＮとは格子定数が大きく異なるサファイアやＳ
ｉＣ等からなる基板上に、ＭＯＶＰＥ法（有機金属化学
的気相成長法）またはＭＢＥ法（分子線エピタキシャル
成長法）により、素子領域を含むＧａＮ系半導体層をヘ
テロエピタキシャル成長させている。
【０００４】ここで、格子定数の大きく異なる基板上
に、直接、高温下で単結晶のＧａＮ系半導体を成長させ
た場合、ＧａＮ系半導体の結晶性が悪くなり実用レベル
の半導体層が得られない。このため、従来においては、
以下に示す方法が用いられている。
に、直接、高温下で単結晶のＧａＮ系半導体を成長させ
た場合、ＧａＮ系半導体の結晶性が悪くなり実用レベル
の半導体層が得られない。このため、従来においては、
以下に示す方法が用いられている。
【０００５】例えば、ジャーナル・オブ・クリスタル・
グロースの第９８巻２０９頁に開示されている方法によ
れば、図４（ａ）に示すように、基板温度を低温（例え
ば６００℃）にしてサファイア等の基板５１上に非単結
晶のＡｌＮを成長させ、低温バッファ層５２を形成す
る。その後、図４（ｂ）に示すように基板温度を高温
（例えば１０００℃）にして、低温バッファ層５２上に
単結晶のＧａＮ５３ａを成長させる。この場合、成長初
期においてＧａＮ５３ａは低温バッファ層５２上の所定
領域に島状に成長する。
グロースの第９８巻２０９頁に開示されている方法によ
れば、図４（ａ）に示すように、基板温度を低温（例え
ば６００℃）にしてサファイア等の基板５１上に非単結
晶のＡｌＮを成長させ、低温バッファ層５２を形成す
る。その後、図４（ｂ）に示すように基板温度を高温
（例えば１０００℃）にして、低温バッファ層５２上に
単結晶のＧａＮ５３ａを成長させる。この場合、成長初
期においてＧａＮ５３ａは低温バッファ層５２上の所定
領域に島状に成長する。
【０００６】図４（ｃ）に示すように、結晶成長に伴い
島状の各ＧａＮ５３ａが合体して連続膜となりＧａＮ層
５３が形成される。この場合、合体部において格子欠陥
（転位）５５が発生する。このため、図４（ｄ）に示す
ように、連続膜形成後もμｍのオーダの大きな膜厚Ｔ3
になるまでＧａＮ層５３を成長させる。膜厚Ｔ3 を大き
くすることにより、平坦でかつ結晶性が改善された実用
レベルのＧａＮ層５３が得られる。
島状の各ＧａＮ５３ａが合体して連続膜となりＧａＮ層
５３が形成される。この場合、合体部において格子欠陥
（転位）５５が発生する。このため、図４（ｄ）に示す
ように、連続膜形成後もμｍのオーダの大きな膜厚Ｔ3
になるまでＧａＮ層５３を成長させる。膜厚Ｔ3 を大き
くすることにより、平坦でかつ結晶性が改善された実用
レベルのＧａＮ層５３が得られる。
【０００７】ここで、上記のような膜厚Ｔ3 の大きなＧ
ａＮ層５３は、結晶性を向上させるためのバッファ層で
あると考えられる。この場合、ＧａＮ層５３は低温バッ
ファ層５２の成長時の基板温度よりも高い基板温度で成
長することから、ＧａＮ層５３を高温バッファ層と呼
ぶ。
ａＮ層５３は、結晶性を向上させるためのバッファ層で
あると考えられる。この場合、ＧａＮ層５３は低温バッ
ファ層５２の成長時の基板温度よりも高い基板温度で成
長することから、ＧａＮ層５３を高温バッファ層と呼
ぶ。
【０００８】上記のように基板５１上に低温バッファ層
５２を形成し、さらに膜厚の大きな高温バッファ層、す
なわちＧａＮ層５３を形成することにより、ＧａＮ層５
３上に形成する窒化物系半導体層の結晶性が向上する。
５２を形成し、さらに膜厚の大きな高温バッファ層、す
なわちＧａＮ層５３を形成することにより、ＧａＮ層５
３上に形成する窒化物系半導体層の結晶性が向上する。
【０００９】以上のような窒化物系半導体層の形成方法
は、ＧａＮ系半導体素子、例えばＧａＮ系発光ダイオー
ドの製造方法に用いられる。
は、ＧａＮ系半導体素子、例えばＧａＮ系発光ダイオー
ドの製造方法に用いられる。
【００１０】図５は従来のＧａＮ系発光ダイオードの一
例を示す断面図である。なお、図５の発光ダイオード
は、特開平８−２２８０２５号に開示されている。
例を示す断面図である。なお、図５の発光ダイオード
は、特開平８−２２８０２５号に開示されている。
【００１１】図５に示す発光ダイオードにおいては、サ
ファイア基板１０１上に、アンドープＧａＮ低温バッフ
ァ層１０２、ｎ−ＧａＮコンタクト層１０３、ｎ−Ａｌ
ＧａＮ第２クラッド層１０４、ｎ−ＩｎＧａＮ第１クラ
ッド層１０５、ＩｎＧａＮ活性層１０６、ｐ−ＩｎＧａ
Ｎ第１クラッド層１０７、ｐ−ＡｌＧａＮ第２クラッド
層１０８およびｐ−ＧａＮコンタクト層１０９が順に形
成されている。
ファイア基板１０１上に、アンドープＧａＮ低温バッフ
ァ層１０２、ｎ−ＧａＮコンタクト層１０３、ｎ−Ａｌ
ＧａＮ第２クラッド層１０４、ｎ−ＩｎＧａＮ第１クラ
ッド層１０５、ＩｎＧａＮ活性層１０６、ｐ−ＩｎＧａ
Ｎ第１クラッド層１０７、ｐ−ＡｌＧａＮ第２クラッド
層１０８およびｐ−ＧａＮコンタクト層１０９が順に形
成されている。
【００１２】ｐ−ＧａＮコンタクト層１０９からｎ−Ｇ
ａＮコンタクト層１０３までの一部領域がエッチングに
より除去され、露出したｎ−ＧａＮコンタクト層１０３
の所定領域上面にＴｉ膜およびＡｌ膜からなるｎ側電極
１１１が形成されている。また、ｐ−ＧａＮコンタクト
層１０９の所定領域上面にＮｉ膜およびＡｕ膜からなる
ｐ側電極１１０が形成されている。
ａＮコンタクト層１０３までの一部領域がエッチングに
より除去され、露出したｎ−ＧａＮコンタクト層１０３
の所定領域上面にＴｉ膜およびＡｌ膜からなるｎ側電極
１１１が形成されている。また、ｐ−ＧａＮコンタクト
層１０９の所定領域上面にＮｉ膜およびＡｕ膜からなる
ｐ側電極１１０が形成されている。
【００１３】この場合、ＩｎＧａＮ活性層１０６が素子
領域に相当する。各層１０２〜１０９の膜厚および成長
時の基板温度は表１に示す通りである。
領域に相当する。各層１０２〜１０９の膜厚および成長
時の基板温度は表１に示す通りである。
【００１４】
【表１】
【００１５】表１に示すように、上記の発光ダイオード
の製造の際は、サファイア基板１０１上に基板温度５０
０℃でアンドープＧａＮ低温バッファ層１０２を成長さ
せた後、基板温度を１０５０℃に上げて、ｎ−ＧａＮを
成長させる。この場合、図４において前述したように、
成長初期においてｎ−ＧａＮはアンドープＧａＮ低温バ
ッファ層１０２の所定領域上に島状に成長する。成長に
伴い島状の各ｎ−ＧａＮが合体して連続膜となり、ｎ−
ＧａＮコンタクト層１０３が形成される。この場合、合
体部において転位５５が発生する。このため、連続膜形
成後もｎ−ＧａＮコンタクト層１０３を成長させ、膜厚
Ｔ4 を４μｍと大きくすることにより結晶性を改善す
る。
の製造の際は、サファイア基板１０１上に基板温度５０
０℃でアンドープＧａＮ低温バッファ層１０２を成長さ
せた後、基板温度を１０５０℃に上げて、ｎ−ＧａＮを
成長させる。この場合、図４において前述したように、
成長初期においてｎ−ＧａＮはアンドープＧａＮ低温バ
ッファ層１０２の所定領域上に島状に成長する。成長に
伴い島状の各ｎ−ＧａＮが合体して連続膜となり、ｎ−
ＧａＮコンタクト層１０３が形成される。この場合、合
体部において転位５５が発生する。このため、連続膜形
成後もｎ−ＧａＮコンタクト層１０３を成長させ、膜厚
Ｔ4 を４μｍと大きくすることにより結晶性を改善す
る。
【００１６】上記のようにして形成したｎ−ＧａＮコン
タクト層１０３上に、さらに各層１０４〜１０９を表１
に示す基板温度で成長させる。この場合、上記のように
ｎ−ＧａＮコンタクト層１０３の結晶性が改善されてい
るため、その上に形成された各層１０４〜１０９におい
ても結晶性が向上する。各層１０４〜１０９、特に素子
領域であるＩｎＧａＮ活性層１０６の結晶性が向上する
ことにより、発光ダイオードの素子特性および信頼性が
向上する。
タクト層１０３上に、さらに各層１０４〜１０９を表１
に示す基板温度で成長させる。この場合、上記のように
ｎ−ＧａＮコンタクト層１０３の結晶性が改善されてい
るため、その上に形成された各層１０４〜１０９におい
ても結晶性が向上する。各層１０４〜１０９、特に素子
領域であるＩｎＧａＮ活性層１０６の結晶性が向上する
ことにより、発光ダイオードの素子特性および信頼性が
向上する。
【００１７】上記の発光ダイオードにおいて、ｎ−Ｇａ
Ｎコンタクト層１０３は、ｎ側電極１１１との電気的接
続を達成する役割以外に、各層１０４〜１０９の結晶性
の向上を図る重要な役割を果たしているものと考えられ
る。すなわち、ｎ−ＧａＮコンタクト層１０３は、バッ
ファ層としての機能を兼ね備えており、前述の高温バッ
ファ層に相当するものと考えられる。
Ｎコンタクト層１０３は、ｎ側電極１１１との電気的接
続を達成する役割以外に、各層１０４〜１０９の結晶性
の向上を図る重要な役割を果たしているものと考えられ
る。すなわち、ｎ−ＧａＮコンタクト層１０３は、バッ
ファ層としての機能を兼ね備えており、前述の高温バッ
ファ層に相当するものと考えられる。
【００１８】上記の発光ダイオードにおいては、高温バ
ッファ層として機能する膜厚Ｔ4 の大きなｎ−ＧａＮコ
ンタクト層１０３によって、ＩｎＧａＮ活性層１０６が
サファイア基板１０１の結晶成長面から約４．２μｍ離
れた距離Ｌ2 に位置している。
ッファ層として機能する膜厚Ｔ4 の大きなｎ−ＧａＮコ
ンタクト層１０３によって、ＩｎＧａＮ活性層１０６が
サファイア基板１０１の結晶成長面から約４．２μｍ離
れた距離Ｌ2 に位置している。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、発光ダ
イオードにおいて、高温バッファ層は構造上必須のもの
ではない。このため、高温バッファ層の膜厚を大きくす
ることにより、製造コストが増加しかつ製造効率が低下
する。上記の発光ダイオードにおいては、高温バッファ
層としての機能を備えたｎ−ＧａＮコンタクト層１０３
の膜厚Ｔ4 を大きくするため、余分なコストおよび時間
がかかり、発光ダイオードの製造コストの増加および製
造効率の低下を招く。
イオードにおいて、高温バッファ層は構造上必須のもの
ではない。このため、高温バッファ層の膜厚を大きくす
ることにより、製造コストが増加しかつ製造効率が低下
する。上記の発光ダイオードにおいては、高温バッファ
層としての機能を備えたｎ−ＧａＮコンタクト層１０３
の膜厚Ｔ4 を大きくするため、余分なコストおよび時間
がかかり、発光ダイオードの製造コストの増加および製
造効率の低下を招く。
【００２０】また、上記のようにアンドープＧａＮ低温
バッファ層１０２およびｎ−ＧａＮコンタクト層１０３
を形成した場合においても、ｎ−ＧａＮコンタクト層１
０３の形成時に発生する転位５５は存在したままであ
り、また、サファイア基板１０１との格子定数の違いか
ら各層１０２〜１０９中にはサファイア基板１０１から
上下に延びる転位（図示せず）が存在している。このた
め、サファイア基板１０１上のＧａＮ系半導体の転位密
度は１０9 〜１０10ｃｍ-3オーダとなる。したがって、
発光ダイオードの素子特性および信頼性の向上のために
は、より転位（格子欠陥）の低減を図る必要がある。
バッファ層１０２およびｎ−ＧａＮコンタクト層１０３
を形成した場合においても、ｎ−ＧａＮコンタクト層１
０３の形成時に発生する転位５５は存在したままであ
り、また、サファイア基板１０１との格子定数の違いか
ら各層１０２〜１０９中にはサファイア基板１０１から
上下に延びる転位（図示せず）が存在している。このた
め、サファイア基板１０１上のＧａＮ系半導体の転位密
度は１０9 〜１０10ｃｍ-3オーダとなる。したがって、
発光ダイオードの素子特性および信頼性の向上のために
は、より転位（格子欠陥）の低減を図る必要がある。
【００２１】本発明の目的は、低コストおよび高い製造
効率で製造が可能でありかつ格子欠陥が低減された半導
体素子およびその製造方法を提供することである。
効率で製造が可能でありかつ格子欠陥が低減された半導
体素子およびその製造方法を提供することである。
【００２２】
【課題を解決するための手段および発明の効果】本発明
に係る半導体素子は、基板上に非単結晶のIII 族窒化物
系半導体から構成される第１のバッファ層が形成され、
第１のバッファ層上に、II族元素がドープされた単結晶
のIII 族窒化物系半導体から構成される第２のバッファ
層が形成され、第２のバッファ層上に、III 族窒化物系
半導体から構成される素子領域が形成されたものであ
る。
に係る半導体素子は、基板上に非単結晶のIII 族窒化物
系半導体から構成される第１のバッファ層が形成され、
第１のバッファ層上に、II族元素がドープされた単結晶
のIII 族窒化物系半導体から構成される第２のバッファ
層が形成され、第２のバッファ層上に、III 族窒化物系
半導体から構成される素子領域が形成されたものであ
る。
【００２３】本発明に係る半導体素子において、第２の
バッファ層は、成長初期から連続膜として第１のバッフ
ァ層上に形成される。このため、第２のバッファ層は格
子欠陥（転位）が低減されており、良好な結晶性を有す
る。また、このような第２のバッファ層上に形成された
素子領域は良好な結晶性を有する。それにより、良好な
素子特性を有しかつ信頼性の高い半導体素子が得られ
る。
バッファ層は、成長初期から連続膜として第１のバッフ
ァ層上に形成される。このため、第２のバッファ層は格
子欠陥（転位）が低減されており、良好な結晶性を有す
る。また、このような第２のバッファ層上に形成された
素子領域は良好な結晶性を有する。それにより、良好な
素子特性を有しかつ信頼性の高い半導体素子が得られ
る。
【００２４】また、第２のバッファ層においては、小さ
な膜厚においても良好な結晶性が得られる。このため、
第２のバッファ層の薄膜化が可能である。それにより、
半導体素子において、製造コストの低減および製造効率
の向上が図られる。
な膜厚においても良好な結晶性が得られる。このため、
第２のバッファ層の薄膜化が可能である。それにより、
半導体素子において、製造コストの低減および製造効率
の向上が図られる。
【００２５】第２のバッファ層と素子領域との間にアン
ドープのIII 族窒化物系半導体から構成される第３のバ
ッファ層が形成されてもよい。
ドープのIII 族窒化物系半導体から構成される第３のバ
ッファ層が形成されてもよい。
【００２６】アンドープのIII 族窒化物系半導体から構
成される第３のバッファ層においては、ドープにより発
生する格子欠陥が存在しない。このため、II族元素がド
ープされた第２のバッファ層に比べて結晶性がより良好
である。また、第３のバッファ層は、膜厚を大きくして
も結晶成長表面が平坦であり、結晶性が劣化しない。こ
のような第３のバッファ層上に素子領域が形成された半
導体素子においては、素子領域の結晶性がより向上する
ため、素子特性および信頼性のさらなる向上が図られ
る。
成される第３のバッファ層においては、ドープにより発
生する格子欠陥が存在しない。このため、II族元素がド
ープされた第２のバッファ層に比べて結晶性がより良好
である。また、第３のバッファ層は、膜厚を大きくして
も結晶成長表面が平坦であり、結晶性が劣化しない。こ
のような第３のバッファ層上に素子領域が形成された半
導体素子においては、素子領域の結晶性がより向上する
ため、素子特性および信頼性のさらなる向上が図られ
る。
【００２７】また、第２のバッファ層は、異なる組成を
有する複数のIII 族窒化物系半導体層からなってもよ
い。このような多層構造を有する第２のバッファ層にお
いても、格子欠陥（転位）が低減されており、結晶性の
向上が図られる。
有する複数のIII 族窒化物系半導体層からなってもよ
い。このような多層構造を有する第２のバッファ層にお
いても、格子欠陥（転位）が低減されており、結晶性の
向上が図られる。
【００２８】II族元素はマグネシウムまたは亜鉛であっ
てもよい。これらがドープされた第２のバッファ層は、
成長初期から連続膜として第１のバッファ層上に形成さ
れる。このため、第２のバッファ層は良好な結晶性を有
する。
てもよい。これらがドープされた第２のバッファ層は、
成長初期から連続膜として第１のバッファ層上に形成さ
れる。このため、第２のバッファ層は良好な結晶性を有
する。
【００２９】また、III 族窒化物系半導体はガリウム、
アルミニウム、インジウム、タリウムおよびホウ素の少
なくとも１つを含む窒化物系半導体であってもよい。
アルミニウム、インジウム、タリウムおよびホウ素の少
なくとも１つを含む窒化物系半導体であってもよい。
【００３０】このようなIII 族窒化物系半導体から構成
される半導体素子においては、基板とIII 族窒化物系半
導体との格子定数の違いから多数の格子欠陥（転位）が
存在している。したがって、第２のバッファ層において
格子欠陥（転位）を低減することは、半導体素子の素子
特性および信頼性を向上させる上で有効である。
される半導体素子においては、基板とIII 族窒化物系半
導体との格子定数の違いから多数の格子欠陥（転位）が
存在している。したがって、第２のバッファ層において
格子欠陥（転位）を低減することは、半導体素子の素子
特性および信頼性を向上させる上で有効である。
【００３１】また、素子領域は発光層を含んでもよい。
この場合、発光強度等の素子特性が良好でかつ信頼性の
高い半導体発光素子が得られる。
この場合、発光強度等の素子特性が良好でかつ信頼性の
高い半導体発光素子が得られる。
【００３２】本発明に係る半導体素子の製造方法は、基
板上にIII 族窒化物系半導体から構成される第１のバッ
ファ層を第１の基板温度で形成し、第１のバッファ層上
にII族元素がドープされたIII 族窒化物系半導体から構
成される第２のバッファ層を第１の基板温度よりも高い
第２の基板温度で形成し、第２のバッファ層上に、III
族窒化物系半導体から構成される素子領域を形成するも
のである。
板上にIII 族窒化物系半導体から構成される第１のバッ
ファ層を第１の基板温度で形成し、第１のバッファ層上
にII族元素がドープされたIII 族窒化物系半導体から構
成される第２のバッファ層を第１の基板温度よりも高い
第２の基板温度で形成し、第２のバッファ層上に、III
族窒化物系半導体から構成される素子領域を形成するも
のである。
【００３３】本発明に係る半導体素子の製造方法におい
ては、第２のバッファ層が成長初期から連続膜として第
１のバッファ層上に形成される。このため、格子欠陥
（転位）が低減された結晶性の良好な第２のバッファ層
を形成することが可能となる。また、このような第２の
バッファ層上に素子領域を形成することにより、素子領
域の結晶性の向上を図ることが可能となる。それによ
り、半導体素子において、素子特性および信頼性の向上
が図られる。
ては、第２のバッファ層が成長初期から連続膜として第
１のバッファ層上に形成される。このため、格子欠陥
（転位）が低減された結晶性の良好な第２のバッファ層
を形成することが可能となる。また、このような第２の
バッファ層上に素子領域を形成することにより、素子領
域の結晶性の向上を図ることが可能となる。それによ
り、半導体素子において、素子特性および信頼性の向上
が図られる。
【００３４】また、上記のようにして形成した第２のバ
ッファ層においては、小さな膜厚においても良好な結晶
性が実現できるため、薄膜化が可能である。それによ
り、半導体素子の製造コストの低減および製造効率の向
上が図られる。
ッファ層においては、小さな膜厚においても良好な結晶
性が実現できるため、薄膜化が可能である。それによ
り、半導体素子の製造コストの低減および製造効率の向
上が図られる。
【００３５】また、第２のバッファ層の形成後、第２の
バッファ層上に、III 族窒化物系半導体から構成される
第３のバッファ層を第１の基板温度よりも高い第３の基
板温度で形成し、第３のバッファ層上に素子領域を形成
してもよい。
バッファ層上に、III 族窒化物系半導体から構成される
第３のバッファ層を第１の基板温度よりも高い第３の基
板温度で形成し、第３のバッファ層上に素子領域を形成
してもよい。
【００３６】アンドープのIII 族窒化物系半導体から構
成される第３のバッファ層においては、ドープにより発
生する格子欠陥が存在しない。このため、II族元素がド
ープされた第２のバッファ層に比べて結晶性がより良好
である。また、第３のバッファ層は、膜厚を大きくして
も結晶成長表面が平坦であり、結晶性が劣化しない。こ
のような第３のバッファ層上に素子領域を形成すること
により、素子領域の結晶性をより向上させることが可能
となる。それにより、半導体素子において、素子特性お
よび信頼性のさらなる向上が図られる。
成される第３のバッファ層においては、ドープにより発
生する格子欠陥が存在しない。このため、II族元素がド
ープされた第２のバッファ層に比べて結晶性がより良好
である。また、第３のバッファ層は、膜厚を大きくして
も結晶成長表面が平坦であり、結晶性が劣化しない。こ
のような第３のバッファ層上に素子領域を形成すること
により、素子領域の結晶性をより向上させることが可能
となる。それにより、半導体素子において、素子特性お
よび信頼性のさらなる向上が図られる。
【００３７】また、素子領域に発光層を形成してもよ
い。それにより、良好な素子特性を有しかつ信頼性の高
い半導体発光素子を製造することが可能となる。
い。それにより、良好な素子特性を有しかつ信頼性の高
い半導体発光素子を製造することが可能となる。
【００３８】
【発明の実施の形態】図１は本発明に係る半導体素子の
一例を示す模式的断面図である。なお、本例において
は、半導体素子として発光ダイオードについて説明す
る。
一例を示す模式的断面図である。なお、本例において
は、半導体素子として発光ダイオードについて説明す
る。
【００３９】図１に示す発光ダイオードにおいては、サ
ファイア基板１上に、アンドープのＡｌＧａＮからなる
膜厚２０ｎｍのＡｌＧａＮ低温バッファ層２、Ｍｇがド
ープされたＧａＮからなる膜厚Ｔ1 ８０ｎｍのＭｇ−Ｇ
ａＮ第１高温バッファ層３、膜厚４００ｎｍのアンドー
プＧａＮ第２高温バッファ層４、膜厚１．５μｍのｎ−
ＧａＮコンタクト層５、ＭＱＷ（多重量子井戸）活性層
（発光層）６、膜厚１０ｎｍのアンドープＧａＮ保護層
７、膜厚１５０ｎｍのｐ−Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド
層８および膜厚３００ｎｍのｐ−ＧａＮコンタクト層９
が順に形成されている。なお、この場合のｎ型ドーパン
トとしてはＳｉが用いられており、ｐ型ドーパントとし
てはＭｇが用いられている。
ファイア基板１上に、アンドープのＡｌＧａＮからなる
膜厚２０ｎｍのＡｌＧａＮ低温バッファ層２、Ｍｇがド
ープされたＧａＮからなる膜厚Ｔ1 ８０ｎｍのＭｇ−Ｇ
ａＮ第１高温バッファ層３、膜厚４００ｎｍのアンドー
プＧａＮ第２高温バッファ層４、膜厚１．５μｍのｎ−
ＧａＮコンタクト層５、ＭＱＷ（多重量子井戸）活性層
（発光層）６、膜厚１０ｎｍのアンドープＧａＮ保護層
７、膜厚１５０ｎｍのｐ−Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド
層８および膜厚３００ｎｍのｐ−ＧａＮコンタクト層９
が順に形成されている。なお、この場合のｎ型ドーパン
トとしてはＳｉが用いられており、ｐ型ドーパントとし
てはＭｇが用いられている。
【００４０】本例においては、ＡｌＧａＮ低温バッファ
層２が第１のバッファ層に相当し、Ｍｇ−ＧａＮ第１高
温バッファ層３が第２のバッファ層に相当し、アンドー
プＧａＮ第２高温バッファ層４が第３のバッファ層に相
当する。
層２が第１のバッファ層に相当し、Ｍｇ−ＧａＮ第１高
温バッファ層３が第２のバッファ層に相当し、アンドー
プＧａＮ第２高温バッファ層４が第３のバッファ層に相
当する。
【００４１】ＭＱＷ活性層６は、膜厚５ｎｍのアンドー
プＧａＮからなる６つの障壁層６ａと、膜厚５ｎｍのア
ンドープＩｎ0.35Ｇａ0.65Ｎからなる５つの井戸層６ｂ
とが交互に積層されてなる多重量子井戸構造を有する。
本例においては、ＭＱＷ発光層が素子領域に相当する。
また、ＭＱＷ活性層６の結晶劣化を防止するため、ＭＱ
Ｗ活性層６上にアンドープＧａＮ保護層７が形成されて
いる。
プＧａＮからなる６つの障壁層６ａと、膜厚５ｎｍのア
ンドープＩｎ0.35Ｇａ0.65Ｎからなる５つの井戸層６ｂ
とが交互に積層されてなる多重量子井戸構造を有する。
本例においては、ＭＱＷ発光層が素子領域に相当する。
また、ＭＱＷ活性層６の結晶劣化を防止するため、ＭＱ
Ｗ活性層６上にアンドープＧａＮ保護層７が形成されて
いる。
【００４２】ｐ−ＧａＮコンタクト層９からｎ−ＧａＮ
コンタクト層５までの一部領域がエッチングにより除去
され、露出したｎ−ＧａＮコンタクト層５の所定領域上
面に、膜厚５００ｎｍのＡｌ膜からなるｎ側電極１２が
形成されている。また、ｐ−ＧａＮコンタクト層９の所
定領域上面には、膜厚２ｎｍのＮｉ膜１０ａおよび膜厚
４ｎｍのＡｕ膜１０ｂを積層してなるｐ側透光性電極１
０が形成され、さらにその上に、膜厚３０ｎｍのＴｉ膜
１１ａおよび膜厚５００ｎｍのＡｕ膜１１ｂを積層して
なるｐ側パッド電極１１が形成されている。
コンタクト層５までの一部領域がエッチングにより除去
され、露出したｎ−ＧａＮコンタクト層５の所定領域上
面に、膜厚５００ｎｍのＡｌ膜からなるｎ側電極１２が
形成されている。また、ｐ−ＧａＮコンタクト層９の所
定領域上面には、膜厚２ｎｍのＮｉ膜１０ａおよび膜厚
４ｎｍのＡｕ膜１０ｂを積層してなるｐ側透光性電極１
０が形成され、さらにその上に、膜厚３０ｎｍのＴｉ膜
１１ａおよび膜厚５００ｎｍのＡｕ膜１１ｂを積層して
なるｐ側パッド電極１１が形成されている。
【００４３】図１に示す発光ダイオードは、以下のよう
にして製造される。発光ダイオードの製造の際には、ま
ず、ＭＯＶＰＥ装置内にｃ（０００１）面を基板表面と
するサファイア基板１を配置し、ＭＯＶＰＥ法により、
サファイア基板１のｃ（０００１）面上にＡｌＧａＮ低
温バッファ層２、Ｍｇ−ＧａＮ第１高温バッファ層３、
アンドープＧａＮ第２高温バッファ層４、ｎ−ＧａＮコ
ンタクト層５、ＭＱＷ活性層６、アンドープＧａＮ保護
層７、ｐ−Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層８およびｐ−
ＧａＮコンタクト層９を順に成長させる。なお、各層２
〜９の膜厚および成長時の条件に関しては表２に示す通
りである。
にして製造される。発光ダイオードの製造の際には、ま
ず、ＭＯＶＰＥ装置内にｃ（０００１）面を基板表面と
するサファイア基板１を配置し、ＭＯＶＰＥ法により、
サファイア基板１のｃ（０００１）面上にＡｌＧａＮ低
温バッファ層２、Ｍｇ−ＧａＮ第１高温バッファ層３、
アンドープＧａＮ第２高温バッファ層４、ｎ−ＧａＮコ
ンタクト層５、ＭＱＷ活性層６、アンドープＧａＮ保護
層７、ｐ−Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層８およびｐ−
ＧａＮコンタクト層９を順に成長させる。なお、各層２
〜９の膜厚および成長時の条件に関しては表２に示す通
りである。
【００４４】
【表２】
【００４５】表２中のＴＭＡｌはトリメチルアルミニウ
ムを表しており、ＴＭＧａはトリメチルガリウムを表し
ており、ＴＭＩｎはトリメチルインジウムを表してお
り、ＴＥＧａはトリエチルガリウムを示している。ま
た、原料ガスにおけるＮＨ3 は窒素源であり、ＴＭＡｌ
はアルミニウム源であり、ＴＭＧａおよびＴＥＧａはガ
リウム源であり、ＴＭＩｎはインジウム源である。ま
た、ＳｉＨ4 （シランガス）はｎ型のドーパントガスで
あり、Ｃｐ2 Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルマグネシ
ウム）はｐ型のドーパントガスである。
ムを表しており、ＴＭＧａはトリメチルガリウムを表し
ており、ＴＭＩｎはトリメチルインジウムを表してお
り、ＴＥＧａはトリエチルガリウムを示している。ま
た、原料ガスにおけるＮＨ3 は窒素源であり、ＴＭＡｌ
はアルミニウム源であり、ＴＭＧａおよびＴＥＧａはガ
リウム源であり、ＴＭＩｎはインジウム源である。ま
た、ＳｉＨ4 （シランガス）はｎ型のドーパントガスで
あり、Ｃｐ2 Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルマグネシ
ウム）はｐ型のドーパントガスである。
【００４６】なお、各層２〜９の成長時の基板温度は、
表２中に記載の基板温度に限定されるものではない。Ａ
ｌＧａＮ低温バッファ層２の成長時には、基板温度を非
単結晶成長温度に設定すればよく、各層３〜９の成長時
には、基板温度を単結晶成長温度に設定すればよい。特
に、各層３〜５，８，９の成長時には基板温度を１００
０〜１２００℃に設定することが好ましく、また、各層
６，７の成長時には基板温度を７００〜１０００℃に設
定することが好ましい。
表２中に記載の基板温度に限定されるものではない。Ａ
ｌＧａＮ低温バッファ層２の成長時には、基板温度を非
単結晶成長温度に設定すればよく、各層３〜９の成長時
には、基板温度を単結晶成長温度に設定すればよい。特
に、各層３〜５，８，９の成長時には基板温度を１００
０〜１２００℃に設定することが好ましく、また、各層
６，７の成長時には基板温度を７００〜１０００℃に設
定することが好ましい。
【００４７】また、各層２〜９の成長時に供給されるＨ
2 およびＮ2 混合のキャリアガスにおいて、Ｈ2 の含有
率は、各層２〜５の成長時には約５０％であり、各層
６，７の成長時には約１〜５％であり、各層７〜９の成
長時には約１〜３％である。
2 およびＮ2 混合のキャリアガスにおいて、Ｈ2 の含有
率は、各層２〜５の成長時には約５０％であり、各層
６，７の成長時には約１〜５％であり、各層７〜９の成
長時には約１〜３％である。
【００４８】次に、各層２〜９の形成方法の詳細につい
て説明する。図２は各層２〜４の形成方法の一例を示す
模式的工程断面図である。
て説明する。図２は各層２〜４の形成方法の一例を示す
模式的工程断面図である。
【００４９】まず、図２（ａ）に示すように、基板温度
を６００℃に保持した状態で原料ガスおよびキャリアガ
スを供給し、非単結晶のアンドープＡｌＧａＮからなる
ＡｌＧａＮ低温バッファ層２を成長させる。
を６００℃に保持した状態で原料ガスおよびキャリアガ
スを供給し、非単結晶のアンドープＡｌＧａＮからなる
ＡｌＧａＮ低温バッファ層２を成長させる。
【００５０】次に、基板温度を１１５０℃に上げる。図
２（ｂ）に示すように、１１５０℃に保持した状態で原
料ガスおよびキャリアガスを供給し、単結晶のＭｇ−Ｇ
ａＮからなるＭｇ−ＧａＮ第１高温バッファ層３を、成
長速度約０．７ｎｍ／ｓで成長させる。この場合、Ｍｇ
−ＧａＮ第１高温バッファ層３は成長初期から連続膜と
して成長する。したがって、図４に示す従来例のように
島状に成長したＧａＮ５３ａの合体部において転位５５
が発生することはなく、格子欠陥（転位）が低減され
る。また、このようなＭｇ−ＧａＮ第１高温バッファ層
においては、小さな膜厚Ｔ1 においても良好な結晶性が
得られるので薄膜化が可能となる。
２（ｂ）に示すように、１１５０℃に保持した状態で原
料ガスおよびキャリアガスを供給し、単結晶のＭｇ−Ｇ
ａＮからなるＭｇ−ＧａＮ第１高温バッファ層３を、成
長速度約０．７ｎｍ／ｓで成長させる。この場合、Ｍｇ
−ＧａＮ第１高温バッファ層３は成長初期から連続膜と
して成長する。したがって、図４に示す従来例のように
島状に成長したＧａＮ５３ａの合体部において転位５５
が発生することはなく、格子欠陥（転位）が低減され
る。また、このようなＭｇ−ＧａＮ第１高温バッファ層
においては、小さな膜厚Ｔ1 においても良好な結晶性が
得られるので薄膜化が可能となる。
【００５１】なお、上記のようにして形成したＭｇ−Ｇ
ａＮ第１高温バッファ層３においては、ドープされたＭ
ｇに起因する格子欠陥が発生する。しかしながら、この
ようにＭｇドープにより発生する格子欠陥の増加より
も、転位５５に起因する格子欠陥低減の効果の方が大き
いために、Ｍｇ−ＧａＮ第１高温バッファ層３における
全体の格子欠陥は、従来の高温バッファ層よりも低減さ
れる。
ａＮ第１高温バッファ層３においては、ドープされたＭ
ｇに起因する格子欠陥が発生する。しかしながら、この
ようにＭｇドープにより発生する格子欠陥の増加より
も、転位５５に起因する格子欠陥低減の効果の方が大き
いために、Ｍｇ−ＧａＮ第１高温バッファ層３における
全体の格子欠陥は、従来の高温バッファ層よりも低減さ
れる。
【００５２】また、Ｍｇ−ＧａＮ第１高温バッファ層３
の膜厚Ｔ1 をあまり大きくしすぎると結晶成長表面の凹
凸が増加し、その結晶性が劣化するので、第１高温バッ
ファ層３の膜厚Ｔ1 は厚くても数１０００Å程度とする
ことが好ましい。
の膜厚Ｔ1 をあまり大きくしすぎると結晶成長表面の凹
凸が増加し、その結晶性が劣化するので、第１高温バッ
ファ層３の膜厚Ｔ1 は厚くても数１０００Å程度とする
ことが好ましい。
【００５３】続いて、図２（ｃ）に示すように、基板温
度を１１５０℃に保持した状態で原料ガスおよびキャリ
アガスを供給し、単結晶のアンドープＧａＮからなるア
ンドープＧａＮ第２高温バッファ層４を、成長速度約３
μｍ／ｈで成長させる。アンドープＧａＮ第２高温バッ
ファ層４は、格子欠陥が低減されたＭｇ−ＧａＮ第１高
温バッファ層３上に形成されるため、結晶性が良好であ
る。また、アンドープＧａＮは、ドープにより発生する
格子欠陥が存在しないのでＭｇ−ＧａＮに比べて結晶性
が高い。このため、アンドープＧａＮ第２高温バッファ
層４は、Ｍｇ−ＧａＮ第１高温バッファ層３に比べてさ
らに結晶性が向上する。
度を１１５０℃に保持した状態で原料ガスおよびキャリ
アガスを供給し、単結晶のアンドープＧａＮからなるア
ンドープＧａＮ第２高温バッファ層４を、成長速度約３
μｍ／ｈで成長させる。アンドープＧａＮ第２高温バッ
ファ層４は、格子欠陥が低減されたＭｇ−ＧａＮ第１高
温バッファ層３上に形成されるため、結晶性が良好であ
る。また、アンドープＧａＮは、ドープにより発生する
格子欠陥が存在しないのでＭｇ−ＧａＮに比べて結晶性
が高い。このため、アンドープＧａＮ第２高温バッファ
層４は、Ｍｇ−ＧａＮ第１高温バッファ層３に比べてさ
らに結晶性が向上する。
【００５４】なお、上記においては、ＡｌＧａＮ低温バ
ッファ層２の成長時の基板温度が第１の基板温度に相当
し、Ｍｇ−ＧａＮ第１高温バッファ層３の成長時の基板
温度が第２の基板温度に相当し、アンドープＧａＮ第２
高温バッファ層４の成長時の基板温度が第３の基板温度
に相当する。
ッファ層２の成長時の基板温度が第１の基板温度に相当
し、Ｍｇ−ＧａＮ第１高温バッファ層３の成長時の基板
温度が第２の基板温度に相当し、アンドープＧａＮ第２
高温バッファ層４の成長時の基板温度が第３の基板温度
に相当する。
【００５５】以下、アンドープＧａＮ第２高温バッファ
層４形成後の製造工程について、図１を参照しながら説
明する。
層４形成後の製造工程について、図１を参照しながら説
明する。
【００５６】基板温度を１１５０℃に保持した状態で原
料ガスおよびキャリアガスを供給し、Ｓｉによりｎ型に
ドープされた単結晶のｎ−ＧａＮからなるｎ−ＧａＮコ
ンタクト層５を、成長速度約３μｍ／ｈで成長させる。
料ガスおよびキャリアガスを供給し、Ｓｉによりｎ型に
ドープされた単結晶のｎ−ＧａＮからなるｎ−ＧａＮコ
ンタクト層５を、成長速度約３μｍ／ｈで成長させる。
【００５７】次に、基板温度を８５０℃に下げる。８５
０℃に保持した状態で、単結晶のアンドープＧａＮから
なる６つの障壁層６ａと、単結晶のアンドープＩｎ0.35
Ｇａ 0.65Ｎからなる５つの井戸層６ｂとを交互に成長さ
せる。それにより、多重量子井戸構造を有するＭＱＷ活
性層６を形成する。さらに連続して、単結晶のアンドー
プＧａＮからなるアンドープＧａＮ保護層７を成長させ
る。なお、この場合のＭＱＷ活性層６およびアンドープ
ＧａＮ保護層７の成長速度は０．４ｎｍ／ｓである。
０℃に保持した状態で、単結晶のアンドープＧａＮから
なる６つの障壁層６ａと、単結晶のアンドープＩｎ0.35
Ｇａ 0.65Ｎからなる５つの井戸層６ｂとを交互に成長さ
せる。それにより、多重量子井戸構造を有するＭＱＷ活
性層６を形成する。さらに連続して、単結晶のアンドー
プＧａＮからなるアンドープＧａＮ保護層７を成長させ
る。なお、この場合のＭＱＷ活性層６およびアンドープ
ＧａＮ保護層７の成長速度は０．４ｎｍ／ｓである。
【００５８】上記のようにしてアンドープＧａＮ保護層
７を形成した後、基板温度を１１５０℃に上げる。１１
５０℃に保持した状態で原料ガスおよびキャリアガスを
供給し、Ｍｇによりｐ型にドープされた単結晶のｐ−Ａ
ｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなるｐ−ＡｌＧａＮクラッド層８
を成長させる。さらに、基板温度を１１５０℃に保持し
た状態で原料ガスおよびキャリアガスを供給し、Ｍｇに
よりｐ型にドープされた単結晶のｐ−ＧａＮからなるｐ
−ＧａＮコンタクト層９を成長させる。なお、この場合
のｐ−Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層８およびｐ−Ｇａ
Ｎコンタクト層９の成長速度は約３μｍ／ｈである。
７を形成した後、基板温度を１１５０℃に上げる。１１
５０℃に保持した状態で原料ガスおよびキャリアガスを
供給し、Ｍｇによりｐ型にドープされた単結晶のｐ−Ａ
ｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなるｐ−ＡｌＧａＮクラッド層８
を成長させる。さらに、基板温度を１１５０℃に保持し
た状態で原料ガスおよびキャリアガスを供給し、Ｍｇに
よりｐ型にドープされた単結晶のｐ−ＧａＮからなるｐ
−ＧａＮコンタクト層９を成長させる。なお、この場合
のｐ−Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層８およびｐ−Ｇａ
Ｎコンタクト層９の成長速度は約３μｍ／ｈである。
【００５９】上記において、ｐ−Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎク
ラッド層８およびｐ−ＧａＮコンタクト層９の成長時に
は、前述のようにキャリアガスにおけるＨ2 の含有率を
１〜３％と低くしている。それにより、Ｎ2 雰囲気中で
熱処理することなくＭｇドーパントを活性化することが
でき、高キャリア濃度のｐ型半導体層が得られる。
ラッド層８およびｐ−ＧａＮコンタクト層９の成長時に
は、前述のようにキャリアガスにおけるＨ2 の含有率を
１〜３％と低くしている。それにより、Ｎ2 雰囲気中で
熱処理することなくＭｇドーパントを活性化することが
でき、高キャリア濃度のｐ型半導体層が得られる。
【００６０】上記のようにしてサファイア基板１上に各
層２〜９を成長させた後、ｐ−ＧａＮコンタクト層９上
の所定領域にＮｉマスクを形成し、これを用いてｐ−Ｇ
ａＮコンタクト層９からｎ−ＧａＮコンタクト層５まで
の一部領域をＲＩＢＥ法（反応性イオンビームエッチン
グ法）等によりエッチングする。それにより、ｎ−Ｇａ
Ｎコンタクト層５の所定領域を露出させ、ｎ側電極形成
領域を形成する。このｎ側電極形成領域上に、真空蒸着
法等により、Ａｌ膜からなるｎ側電極１２を形成する。
層２〜９を成長させた後、ｐ−ＧａＮコンタクト層９上
の所定領域にＮｉマスクを形成し、これを用いてｐ−Ｇ
ａＮコンタクト層９からｎ−ＧａＮコンタクト層５まで
の一部領域をＲＩＢＥ法（反応性イオンビームエッチン
グ法）等によりエッチングする。それにより、ｎ−Ｇａ
Ｎコンタクト層５の所定領域を露出させ、ｎ側電極形成
領域を形成する。このｎ側電極形成領域上に、真空蒸着
法等により、Ａｌ膜からなるｎ側電極１２を形成する。
【００６１】一方、ｐ−ＧａＮコンタクト層９上のほぼ
全面にＮｉ膜１０ａおよびＡｕ膜１０ｂを順に積層し、
ｐ型透光性電極１０を形成する。さらに、ｐ側透光性電
極１０上の所定領域にＴｉ膜１１ａおよびＡｕ膜１１ｂ
を順に積層し、ｐ側パッド電極１１を形成する。なお、
ｐ側透光性電極１０およびｐ側パッド電極１１は真空蒸
着法等により形成する。
全面にＮｉ膜１０ａおよびＡｕ膜１０ｂを順に積層し、
ｐ型透光性電極１０を形成する。さらに、ｐ側透光性電
極１０上の所定領域にＴｉ膜１１ａおよびＡｕ膜１１ｂ
を順に積層し、ｐ側パッド電極１１を形成する。なお、
ｐ側透光性電極１０およびｐ側パッド電極１１は真空蒸
着法等により形成する。
【００６２】ｐ側透光性電極１０、ｐ側パッド電極１１
およびｎ側電極１２を形成した後、５００℃で熱処理を
行う。このようにして、ｐ側透光性電極１０をｐ−Ｇａ
Ｎコンタクト層９にオーミック接触させるとともに、ｎ
側電極１２をｎ−ＧａＮコンタクト層５にオーミック接
触させる。
およびｎ側電極１２を形成した後、５００℃で熱処理を
行う。このようにして、ｐ側透光性電極１０をｐ−Ｇａ
Ｎコンタクト層９にオーミック接触させるとともに、ｎ
側電極１２をｎ−ＧａＮコンタクト層５にオーミック接
触させる。
【００６３】以上のようにして、図１に示す発光ダイオ
ードが得られる。以上の製造方法により製造した発光ダ
イオードにおいては、Ｍｇ−ＧａＮ第１高温バッファ層
３が成長初期から連続膜としてＡｌＧａＮ低温バッファ
層２上に形成されるため、Ｍｇ−ＧａＮ第１高温バッフ
ァ層３の格子欠陥が低減されており、結晶性が良好であ
る。また、Ｍｇ−ＧａＮ第１高温バッファ層３上にさら
に結晶性の良好なアンドープＧａＮ第２高温バッファ層
４が形成されているため、Ｍｇ−ＧａＮ第１高温バッフ
ァ層３中に存在するドープによる格子欠陥の影響が改善
される。このため、アンドープＧａＮ第２高温バッファ
層４上に形成された各層５〜９、特に素子領域であるＭ
ＱＷ活性層６においては、より良好な結晶性が実現され
る。したがって、上記の発光ダイオードにおいては、発
光強度等の素子特性の向上が図られるとともに、信頼性
の向上が図られる。
ードが得られる。以上の製造方法により製造した発光ダ
イオードにおいては、Ｍｇ−ＧａＮ第１高温バッファ層
３が成長初期から連続膜としてＡｌＧａＮ低温バッファ
層２上に形成されるため、Ｍｇ−ＧａＮ第１高温バッフ
ァ層３の格子欠陥が低減されており、結晶性が良好であ
る。また、Ｍｇ−ＧａＮ第１高温バッファ層３上にさら
に結晶性の良好なアンドープＧａＮ第２高温バッファ層
４が形成されているため、Ｍｇ−ＧａＮ第１高温バッフ
ァ層３中に存在するドープによる格子欠陥の影響が改善
される。このため、アンドープＧａＮ第２高温バッファ
層４上に形成された各層５〜９、特に素子領域であるＭ
ＱＷ活性層６においては、より良好な結晶性が実現され
る。したがって、上記の発光ダイオードにおいては、発
光強度等の素子特性の向上が図られるとともに、信頼性
の向上が図られる。
【００６４】ここで、Ｍｇ−ＧａＮ第１高温バッファ層
３は、小さな膜厚Ｔ1 においても良好な結晶性が得られ
るため、薄膜化が可能である。また、Ｍｇ−ＧａＮ第１
高温バッファ層３およびアンドープＧａＮ第２高温バッ
ファ層４が形成されているため、ｎ−ＧａＮコンタクト
層５は高温バッファ層として機能する必要がない。した
がって、ｎ−ＧａＮコンタクト層５の膜厚を小さくする
ことが可能である。それにより、サファイア基板１の結
晶成長面からＭＱＷ活性層６までの距離Ｌ1 が約２．０
μｍ、すなわち図５に示す従来例における距離Ｌ2 の約
２分の１となる。したがって、発光ダイオードの製造コ
ストの低減が図られるとともに、製造効率の向上が図ら
れる。
３は、小さな膜厚Ｔ1 においても良好な結晶性が得られ
るため、薄膜化が可能である。また、Ｍｇ−ＧａＮ第１
高温バッファ層３およびアンドープＧａＮ第２高温バッ
ファ層４が形成されているため、ｎ−ＧａＮコンタクト
層５は高温バッファ層として機能する必要がない。した
がって、ｎ−ＧａＮコンタクト層５の膜厚を小さくする
ことが可能である。それにより、サファイア基板１の結
晶成長面からＭＱＷ活性層６までの距離Ｌ1 が約２．０
μｍ、すなわち図５に示す従来例における距離Ｌ2 の約
２分の１となる。したがって、発光ダイオードの製造コ
ストの低減が図られるとともに、製造効率の向上が図ら
れる。
【００６５】上記においては、第１高温バッファ層３が
ＭｇがドープされたＧａＮ層（Ｍｇ−ＧａＮ層）から構
成されているが、これに限らず、ＭｇがドープされたII
I 族窒化物系半導体、すなわちＧａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂお
よびＴｌのうちの少なくとも１つを含む窒化物系半導体
から構成されていればよい。例えば、Ｍｇがドープされ
たＡｌＢＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ等のIII
族窒化物系半導体から第１高温バッファ層３を構成して
もよい。
ＭｇがドープされたＧａＮ層（Ｍｇ−ＧａＮ層）から構
成されているが、これに限らず、ＭｇがドープされたII
I 族窒化物系半導体、すなわちＧａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂお
よびＴｌのうちの少なくとも１つを含む窒化物系半導体
から構成されていればよい。例えば、Ｍｇがドープされ
たＡｌＢＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ等のIII
族窒化物系半導体から第１高温バッファ層３を構成して
もよい。
【００６６】また、第１高温バッファ層３を構成するII
I 族窒化物系半導体にドープする不純物としては、Ｍｇ
以外に、Ｚｎ、Ｂｅ等の他のII族元素を用いることがで
きる。例えば、ＺｎがドープされたＧａＮ、ＡｌＮ、Ａ
ｌＧａＮ、ＡｌＢＮ、ＩｎＧａＮ等のIII 族窒化物系半
導体から第１高温バッファ層３を構成してもよい。この
ようなII族元素がドープされたIII 族窒化物系半導体は
成長初期から連続膜として成長するため、転位５５に起
因する格子欠陥を低減することができる。
I 族窒化物系半導体にドープする不純物としては、Ｍｇ
以外に、Ｚｎ、Ｂｅ等の他のII族元素を用いることがで
きる。例えば、ＺｎがドープされたＧａＮ、ＡｌＮ、Ａ
ｌＧａＮ、ＡｌＢＮ、ＩｎＧａＮ等のIII 族窒化物系半
導体から第１高温バッファ層３を構成してもよい。この
ようなII族元素がドープされたIII 族窒化物系半導体は
成長初期から連続膜として成長するため、転位５５に起
因する格子欠陥を低減することができる。
【００６７】さらに、第１高温バッファ層３は多層構造
とすることもできる。例えば、１または複数のＭｇ−Ｇ
ａＮ層と、１または複数のＭｇ−ＡｌＮ層とを交互に積
層してなるＭｇ−ＧａＮ／Ｍｇ−ＡｌＮ超格子構造を有
する第１高温バッファ層３としてもよい。前述の通りII
族元素がドープされたIII 族窒化物系半導体は成長初期
から連続膜として成長するので、II族元素がドープされ
かつＧａＮやＡｌＮのように互いに異なる組成を有する
複数のIII 族窒化物系半導体層を積層した多層構造の第
１高温バッファ層３とすることによっても、単層構造の
Ｍｇ−ＧａＮ第１高温バッファ層３を形成した場合と同
様の効果が得られる。
とすることもできる。例えば、１または複数のＭｇ−Ｇ
ａＮ層と、１または複数のＭｇ−ＡｌＮ層とを交互に積
層してなるＭｇ−ＧａＮ／Ｍｇ−ＡｌＮ超格子構造を有
する第１高温バッファ層３としてもよい。前述の通りII
族元素がドープされたIII 族窒化物系半導体は成長初期
から連続膜として成長するので、II族元素がドープされ
かつＧａＮやＡｌＮのように互いに異なる組成を有する
複数のIII 族窒化物系半導体層を積層した多層構造の第
１高温バッファ層３とすることによっても、単層構造の
Ｍｇ−ＧａＮ第１高温バッファ層３を形成した場合と同
様の効果が得られる。
【００６８】また、第２高温バッファ層４についても前
述のＧａＮに限らず、他のIII 族窒化物系半導体から構
成することができる。例えば、アンドープのＡｌＢＮ、
ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ等のIII 族窒化物系半
導体から第２高温バッファ層４を構成してもよい。
述のＧａＮに限らず、他のIII 族窒化物系半導体から構
成することができる。例えば、アンドープのＡｌＢＮ、
ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＮ等のIII 族窒化物系半
導体から第２高温バッファ層４を構成してもよい。
【００６９】このような第２高温バッファ層４は、第１
高温バッファ層３を構成するIII 族窒化物系半導体と同
じIII 族窒化物系半導体から構成することが好ましい。
例えば、第１高温バッファ層３をＧａＮから構成した場
合にあっては、第２高温バッファ層４もＧａＮから構成
することが好ましく、第１高温バッファ層３をＡｌＮか
ら構成した場合にあっては、第２高温バッファ層４もＡ
ｌＮから構成することが好ましい。このように、第２高
温バッファ層４を第１高温バッファ層３を構成するIII
族窒化物系半導体と同じIII 族窒化物系半導体から構成
することで、第２高温バッファ層４の結晶性をより向上
させることができる。
高温バッファ層３を構成するIII 族窒化物系半導体と同
じIII 族窒化物系半導体から構成することが好ましい。
例えば、第１高温バッファ層３をＧａＮから構成した場
合にあっては、第２高温バッファ層４もＧａＮから構成
することが好ましく、第１高温バッファ層３をＡｌＮか
ら構成した場合にあっては、第２高温バッファ層４もＡ
ｌＮから構成することが好ましい。このように、第２高
温バッファ層４を第１高温バッファ層３を構成するIII
族窒化物系半導体と同じIII 族窒化物系半導体から構成
することで、第２高温バッファ層４の結晶性をより向上
させることができる。
【００７０】また、各層２，５〜９の構成は、III 族窒
化物系半導体、すなわちＧａ、Ａｌ、Ｉｎ、ＢおよびＴ
ｌの少なくとも１つを含む窒化物系半導体から構成され
ていれば、上記の構成に限定されるものではない。
化物系半導体、すなわちＧａ、Ａｌ、Ｉｎ、ＢおよびＴ
ｌの少なくとも１つを含む窒化物系半導体から構成され
ていれば、上記の構成に限定されるものではない。
【００７１】なお、上記においては、Ｍｇ−ＧａＮ第１
高温バッファ層３上にアンドープＧａＮ第２高温バッフ
ァ層４が形成されているが、アンドープＧａＮ第２高温
バッファ層４が省略された構造であってもよい。この場
合、例えばＭｇ−ＧａＮ第１高温バッファ層３上に、膜
厚２μｍのｎ−ＧａＮコンタクト層５が形成された構造
となる。
高温バッファ層３上にアンドープＧａＮ第２高温バッフ
ァ層４が形成されているが、アンドープＧａＮ第２高温
バッファ層４が省略された構造であってもよい。この場
合、例えばＭｇ−ＧａＮ第１高温バッファ層３上に、膜
厚２μｍのｎ−ＧａＮコンタクト層５が形成された構造
となる。
【００７２】なお、アンドープＧａＮ第２バッファ層４
を形成せずにｎ−ＧａＮコンタクト層５の膜厚を大きく
する場合、膜厚の増加に伴ってｎ−ＧａＮコンタクト層
５の結晶成長表面の凹凸が増加し、結晶性が劣化するお
それがある。また、Ｍｇ−ＧａＮ第１高温バッファ層３
にはドープによる格子欠陥が存在している。以上のこと
から、Ｍｇ−ＧａＮ第１高温バッファ層３上にアンドー
プＧａＮ第２高温バッファ層４を形成することが好まし
い。
を形成せずにｎ−ＧａＮコンタクト層５の膜厚を大きく
する場合、膜厚の増加に伴ってｎ−ＧａＮコンタクト層
５の結晶成長表面の凹凸が増加し、結晶性が劣化するお
それがある。また、Ｍｇ−ＧａＮ第１高温バッファ層３
にはドープによる格子欠陥が存在している。以上のこと
から、Ｍｇ−ＧａＮ第１高温バッファ層３上にアンドー
プＧａＮ第２高温バッファ層４を形成することが好まし
い。
【００７３】また、上記においては、アンドープＧａＮ
第２高温バッファ層４上に、ｎ型半導体層、素子領域お
よびｐ型半導体層が順に形成されているが、ｐ型半導体
層、素子領域およびｎ型半導体層の順に形成されてもよ
い。
第２高温バッファ層４上に、ｎ型半導体層、素子領域お
よびｐ型半導体層が順に形成されているが、ｐ型半導体
層、素子領域およびｎ型半導体層の順に形成されてもよ
い。
【００７４】上記においては、ｃ（０００１）面を基板
表面とするサファイア基板１を用いているが、他の面方
位のサファイア基板を用いてもよい。あるいは、サファ
イア基板１以外に、Ｓｉ、スピネル、ＳｉＣ、ＧａＰ、
ＧａＡｓ等からなる基板を用いてもよい。
表面とするサファイア基板１を用いているが、他の面方
位のサファイア基板を用いてもよい。あるいは、サファ
イア基板１以外に、Ｓｉ、スピネル、ＳｉＣ、ＧａＰ、
ＧａＡｓ等からなる基板を用いてもよい。
【００７５】さらに、各層２〜９を構成する窒化物系半
導体の結晶構造は、ウルツ鉱型構造であってもよく、あ
るいは閃亜鉛鉱型構造であってもよい。
導体の結晶構造は、ウルツ鉱型構造であってもよく、あ
るいは閃亜鉛鉱型構造であってもよい。
【００７６】なお、本発明に係る半導体素子の製造方法
は、上記の発光ダイオードに限らず、半導体レーザ素子
等の発光素子、トランジスタ等の電子素子、フォトダイ
オード等の受光素子の製造方法においても適用可能であ
る。この場合、アンドープの第２高温バッファ層上に形
成された窒化物系半導体層、特に素子領域の結晶性が向
上するため、素子特性および信頼性の向上が図られる。
なお、ダブルヘテロ構造を有する発光ダイオード、半導
体レーザ素子等の発光素子においては活性層（発光層）
が素子領域に相当し、シングルヘテロ構造を有する発光
素子においてはｐｎ接合部分の発光領域が素子領域に相
当し、フォトダイオード等の受光素子においてはｐｎ接
合領域またはｐｉｎ接合におけるｉ層が素子領域に相当
し、トランジスタ等の電子素子においてはチャネル領域
が素子領域に相当する。
は、上記の発光ダイオードに限らず、半導体レーザ素子
等の発光素子、トランジスタ等の電子素子、フォトダイ
オード等の受光素子の製造方法においても適用可能であ
る。この場合、アンドープの第２高温バッファ層上に形
成された窒化物系半導体層、特に素子領域の結晶性が向
上するため、素子特性および信頼性の向上が図られる。
なお、ダブルヘテロ構造を有する発光ダイオード、半導
体レーザ素子等の発光素子においては活性層（発光層）
が素子領域に相当し、シングルヘテロ構造を有する発光
素子においてはｐｎ接合部分の発光領域が素子領域に相
当し、フォトダイオード等の受光素子においてはｐｎ接
合領域またはｐｉｎ接合におけるｉ層が素子領域に相当
し、トランジスタ等の電子素子においてはチャネル領域
が素子領域に相当する。
【００７７】
【実施例】［実施例１−１］図２に示す窒化物系半導体
層の形成方法により、図２（ｄ）に示すようなサファイ
ア基板１上にＡｌＧａＮ低温バッファ層２、Ｍｇ−Ｇａ
Ｎ高温バッファ層３およびアンドープＧａＮ層４を順に
形成してなる試料を作製した。
層の形成方法により、図２（ｄ）に示すようなサファイ
ア基板１上にＡｌＧａＮ低温バッファ層２、Ｍｇ−Ｇａ
Ｎ高温バッファ層３およびアンドープＧａＮ層４を順に
形成してなる試料を作製した。
【００７８】本例においては、アンドープＧａＮ層４の
膜厚の異なる複数の試料を作製した。この場合、アンド
ープＧａＮ層４の膜厚は０．５〜４μｍの範囲内とし、
ＡｌＧａＮ低温バッファ層２の膜厚は２０ｎｍとし、Ｍ
ｇ−ＧａＮ高温バッファ層３の膜厚は８０ｎｍとした。
膜厚の異なる複数の試料を作製した。この場合、アンド
ープＧａＮ層４の膜厚は０．５〜４μｍの範囲内とし、
ＡｌＧａＮ低温バッファ層２の膜厚は２０ｎｍとし、Ｍ
ｇ−ＧａＮ高温バッファ層３の膜厚は８０ｎｍとした。
【００７９】上記のようにして作製した各試料につい
て、Ｘ線回折により、アンドープＧａＮ層４の結晶性を
評価した。
て、Ｘ線回折により、アンドープＧａＮ層４の結晶性を
評価した。
【００８０】［実施例１−２］Ｍｇ−ＧａＮ高温バッフ
ァ層３の代わりに膜厚８０ｎｍのＭｇ−ＡｌX Ｂ1-XＮ
高温バッファ層３を形成した点を除いて、実施例１−１
と同様の方法により試料の作製およびアンドープＧａＮ
層４の結晶性の評価を行った。
ァ層３の代わりに膜厚８０ｎｍのＭｇ−ＡｌX Ｂ1-XＮ
高温バッファ層３を形成した点を除いて、実施例１−１
と同様の方法により試料の作製およびアンドープＧａＮ
層４の結晶性の評価を行った。
【００８１】さらに、上記と同様にして、膜厚８０ｎｍ
のＭｇ−Ａｌ1-Y ＧａY Ｎ高温バッファ層３を形成した
試料および膜厚８０ｎｍのＭｇ−ＩｎZ Ｇａ1-Z Ｎ高温
バッファ層３を形成した試料を作製し、各々の試料につ
いてアンドープＧａＮ層４の結晶性を評価した。
のＭｇ−Ａｌ1-Y ＧａY Ｎ高温バッファ層３を形成した
試料および膜厚８０ｎｍのＭｇ−ＩｎZ Ｇａ1-Z Ｎ高温
バッファ層３を形成した試料を作製し、各々の試料につ
いてアンドープＧａＮ層４の結晶性を評価した。
【００８２】［実施例１−３］Ｍｇ−ＧａＮ高温バッフ
ァ層３の代わりに膜厚２０ｎｍの２つのＭｇ−ＧａＮ層
と膜厚２０ｎｍの２つのＭｇ−ＡｌＮ層とを順次積層し
て膜厚８０ｎｍのＭｇ−ＧａＮ／Ｍｇ−ＡｌＮ超格子高
温バッファ層３を形成しかつアンドープＧａＮ層４の膜
厚を３μｍおよび４μｍとした点を除いて、実施例１と
同様にして試料の作製およびアンドープＧａＮ層４の結
晶性の評価を行った。
ァ層３の代わりに膜厚２０ｎｍの２つのＭｇ−ＧａＮ層
と膜厚２０ｎｍの２つのＭｇ−ＡｌＮ層とを順次積層し
て膜厚８０ｎｍのＭｇ−ＧａＮ／Ｍｇ−ＡｌＮ超格子高
温バッファ層３を形成しかつアンドープＧａＮ層４の膜
厚を３μｍおよび４μｍとした点を除いて、実施例１と
同様にして試料の作製およびアンドープＧａＮ層４の結
晶性の評価を行った。
【００８３】［実施例１−４］Ｍｇ−ＧａＮ高温バッフ
ァ層３の代わりにＺｎがドープされたＧａＮからなる膜
厚８０ｎｍのＺｎ−ＧａＮ高温バッファ層３を形成しか
つアンドープＧａＮ層４の膜厚を２μｍおよび３μｍと
した点を除いて、実施例１と同様にして試料の作製およ
びアンドープＧａＮ層４の結晶性の評価を行った。
ァ層３の代わりにＺｎがドープされたＧａＮからなる膜
厚８０ｎｍのＺｎ−ＧａＮ高温バッファ層３を形成しか
つアンドープＧａＮ層４の膜厚を２μｍおよび３μｍと
した点を除いて、実施例１と同様にして試料の作製およ
びアンドープＧａＮ層４の結晶性の評価を行った。
【００８４】［比較例１］図４に示す従来の窒化物系半
導体層の形成方法により、図４（ｄ）に示すようなサフ
ァイア基板５１上にＡｌＧａＮ低温バッファ層５２およ
びアンドープＧａＮ層５３を順に形成してなる試料を作
製した。
導体層の形成方法により、図４（ｄ）に示すようなサフ
ァイア基板５１上にＡｌＧａＮ低温バッファ層５２およ
びアンドープＧａＮ層５３を順に形成してなる試料を作
製した。
【００８５】本例においては、アンドープＧａＮ層５３
の膜厚の異なる複数の試料を作製した。この場合、アン
ドープＧａＮ層５３の膜厚は０．５〜４μｍの範囲内と
し、ＡｌＧａＮ低温バッファ層５２の膜厚は２０ｎｍと
した。
の膜厚の異なる複数の試料を作製した。この場合、アン
ドープＧａＮ層５３の膜厚は０．５〜４μｍの範囲内と
し、ＡｌＧａＮ低温バッファ層５２の膜厚は２０ｎｍと
した。
【００８６】上記のようにして作製した各試料につい
て、Ｘ線回析により、アンドープＧａＮ層５３の結晶性
を評価した。
て、Ｘ線回析により、アンドープＧａＮ層５３の結晶性
を評価した。
【００８７】実施例１−１、実施例１−３、実施例１−
４および比較例１の結果を図３に示す。
４および比較例１の結果を図３に示す。
【００８８】図３は、実施例１−１、実施例１−３、実
施例１−４および比較例１のアンドープＧａＮ層におけ
る膜厚とＸ線ロッキングカーブ（ＸＲＣ）半値幅との関
係を示す図である。なお、ＸＲＣ半値幅が小さい程、ア
ンドープＧａＮ層４，５３の結晶性が高いことを示す。
施例１−４および比較例１のアンドープＧａＮ層におけ
る膜厚とＸ線ロッキングカーブ（ＸＲＣ）半値幅との関
係を示す図である。なお、ＸＲＣ半値幅が小さい程、ア
ンドープＧａＮ層４，５３の結晶性が高いことを示す。
【００８９】図３に示すように、実施例１−１および比
較例１においては、アンドープＧａＮ層４，５３の膜厚
の増加に伴ってＸＲＣ半値幅が減少し、結晶性が向上し
ている。また、同じ膜厚において実施例１−１のアンド
ープＧａＮ層４と比較例１のアンドープＧａＮ層５３と
を比べると、Ｍｇ−ＧａＮ高温バッファ層３を形成した
実施例１−１のアンドープＧａＮ層４は、Ｍｇ−ＧａＮ
高温バッファ層３を形成しない比較例１のアンドープＧ
ａＮ層５３に比べてＸＲＣ半値幅が小さく、結晶性が高
いことが明らかとなった。
較例１においては、アンドープＧａＮ層４，５３の膜厚
の増加に伴ってＸＲＣ半値幅が減少し、結晶性が向上し
ている。また、同じ膜厚において実施例１−１のアンド
ープＧａＮ層４と比較例１のアンドープＧａＮ層５３と
を比べると、Ｍｇ−ＧａＮ高温バッファ層３を形成した
実施例１−１のアンドープＧａＮ層４は、Ｍｇ−ＧａＮ
高温バッファ層３を形成しない比較例１のアンドープＧ
ａＮ層５３に比べてＸＲＣ半値幅が小さく、結晶性が高
いことが明らかとなった。
【００９０】図３に示す実施例１−１および比較例１の
結果からＭｇ−ＧａＮ高温バッファ層３の有効性を定量
的に検討すると以下のようになる。すなわち、比較例１
の膜厚３μｍのアンドープＧａＮ層５３と同等の結晶性
を実施例１−１のアンドープＧａＮ層４において実現す
るためには、アンドープＧａＮ層４の膜厚を１．５μｍ
程度とすればよい。このようにＭｇ−ＧａＮ層３を形成
することにより、比較例１のアンドープＧａＮ層５３に
比べて、実施例１−１のアンドープＧａＮ層４において
は薄膜化が図られる。
結果からＭｇ−ＧａＮ高温バッファ層３の有効性を定量
的に検討すると以下のようになる。すなわち、比較例１
の膜厚３μｍのアンドープＧａＮ層５３と同等の結晶性
を実施例１−１のアンドープＧａＮ層４において実現す
るためには、アンドープＧａＮ層４の膜厚を１．５μｍ
程度とすればよい。このようにＭｇ−ＧａＮ層３を形成
することにより、比較例１のアンドープＧａＮ層５３に
比べて、実施例１−１のアンドープＧａＮ層４において
は薄膜化が図られる。
【００９１】ここで、実施例１−１の膜厚約１．５μｍ
のアンドープＧａＮ層４の表面および比較例の膜厚約３
μｍのアンドープＧａＮ層５３の表面をアルカリ溶液に
よりエッチングし、転位密度を測定した。その結果、実
施例１−１のアンドープＧａＮ層４の転位密度は５×１
０8 〜２×１０9 ｃｍ-3であり、比較例１のアンドープ
ＧａＮ層５３の転位密度は５×１０9 〜１×１０10ｃｍ
-3であった。平均すると、アンドープＧａＮ層４の転位
密度は、アンドープＧａＮ層５３の転位密度の約５分の
１であった。このように、Ｍｇ−ＧａＮ層３を形成する
ことにより、実施例１−１のアンドープＧａＮ層４で
は、比較例１のアンドープＧａＮ層５３に比べて転位が
低減されることが明らかとなった。
のアンドープＧａＮ層４の表面および比較例の膜厚約３
μｍのアンドープＧａＮ層５３の表面をアルカリ溶液に
よりエッチングし、転位密度を測定した。その結果、実
施例１−１のアンドープＧａＮ層４の転位密度は５×１
０8 〜２×１０9 ｃｍ-3であり、比較例１のアンドープ
ＧａＮ層５３の転位密度は５×１０9 〜１×１０10ｃｍ
-3であった。平均すると、アンドープＧａＮ層４の転位
密度は、アンドープＧａＮ層５３の転位密度の約５分の
１であった。このように、Ｍｇ−ＧａＮ層３を形成する
ことにより、実施例１−１のアンドープＧａＮ層４で
は、比較例１のアンドープＧａＮ層５３に比べて転位が
低減されることが明らかとなった。
【００９２】実施例１−２の結果は、図３に示す実施例
１−１の結果と同様であった。すなわち、Ｍｇ−ＡｌX
Ｂ1-X Ｎ高温バッファ層３、Ｍｇ−Ａｌ1-Y ＧａY Ｎ高
温バッファ層３およびＭｇ−ＩｎZ Ｇａ1-Z Ｎ高温バッ
ファ層３を形成した実施例１−２のアンドープＧａＮ層
４は、同じ膜厚における比較例１のアンドープＧａＮ層
５３に比べてＸＲＣ半値幅が小さく、結晶性が高いこと
が明らかとなった。
１−１の結果と同様であった。すなわち、Ｍｇ−ＡｌX
Ｂ1-X Ｎ高温バッファ層３、Ｍｇ−Ａｌ1-Y ＧａY Ｎ高
温バッファ層３およびＭｇ−ＩｎZ Ｇａ1-Z Ｎ高温バッ
ファ層３を形成した実施例１−２のアンドープＧａＮ層
４は、同じ膜厚における比較例１のアンドープＧａＮ層
５３に比べてＸＲＣ半値幅が小さく、結晶性が高いこと
が明らかとなった。
【００９３】この場合、ＡｌX Ｂ1-X ＮにおけるＸの値
が大きいほど、また、Ａｌ1-Y Ｇａ Y ＮにおけるＹの値
が大きいほど、また、ＩｎZ Ｇａ1-Z ＮにおけるＺの値
が小さいほど、アンドープＧａＮ層４のＸＲＣ半値幅が
小さくなり、結晶性が高くなることが明らかとなった。
が大きいほど、また、Ａｌ1-Y Ｇａ Y ＮにおけるＹの値
が大きいほど、また、ＩｎZ Ｇａ1-Z ＮにおけるＺの値
が小さいほど、アンドープＧａＮ層４のＸＲＣ半値幅が
小さくなり、結晶性が高くなることが明らかとなった。
【００９４】また、図３に示すように、Ｍｇ−ＧａＮ／
Ｍｇ−ＡｌＮ超格子高温バッファ層３を形成した実施例
１−３のアンドープＧａＮ層４は、同じ膜厚における比
較例１のアンドープＧａＮ層５３に比べてＸＲＣ半値幅
が小さく、結晶性が高いことが明らかとなった。
Ｍｇ−ＡｌＮ超格子高温バッファ層３を形成した実施例
１−３のアンドープＧａＮ層４は、同じ膜厚における比
較例１のアンドープＧａＮ層５３に比べてＸＲＣ半値幅
が小さく、結晶性が高いことが明らかとなった。
【００９５】さらに、図３に示すように、Ｚｎ−ＧａＮ
高温バッファ層３を形成した実施例１−４のアンドープ
ＧａＮ層４は、同じ膜厚における比較例１のアンドープ
ＧａＮ層５３に比べてＸＲＣ半値幅が小さく、結晶性が
高いことが明らかとなった。
高温バッファ層３を形成した実施例１−４のアンドープ
ＧａＮ層４は、同じ膜厚における比較例１のアンドープ
ＧａＮ層５３に比べてＸＲＣ半値幅が小さく、結晶性が
高いことが明らかとなった。
【００９６】以上の実施例１−１から実施例１−４およ
び比較例１に示すように、Ｇａ、Ａｌ、ＩｎおよびＢの
少なくとも１つを含む窒化物系半導体から構成されかつ
ＭｇまたはＺｎがドープされた単層構造または多層構造
の高温バッファ層３を形成することにより、高温バッフ
ァ層３上に形成したアンドープＧａＮ層４の転位（格子
欠陥）が低減され、結晶性が向上することが明らかとな
った。
び比較例１に示すように、Ｇａ、Ａｌ、ＩｎおよびＢの
少なくとも１つを含む窒化物系半導体から構成されかつ
ＭｇまたはＺｎがドープされた単層構造または多層構造
の高温バッファ層３を形成することにより、高温バッフ
ァ層３上に形成したアンドープＧａＮ層４の転位（格子
欠陥）が低減され、結晶性が向上することが明らかとな
った。
【００９７】［実施例２］低温バッファ層２上にＭｇ−
ＧａＮ第１高温バッファ層３およびアンドープＧａＮ第
２高温バッファ層４が形成された図１に示す発光ダイオ
ードにおいて、ｐ側パッド電極１１とｎ側電極１２との
間に順方向電圧を印加した。
ＧａＮ第１高温バッファ層３およびアンドープＧａＮ第
２高温バッファ層４が形成された図１に示す発光ダイオ
ードにおいて、ｐ側パッド電極１１とｎ側電極１２との
間に順方向電圧を印加した。
【００９８】［比較例２］低温バッファ層１０２上にｎ
−ＧａＮコンタクト層１０３が形成された図５に示す従
来の発光ダイオードにおいて、ｐ側パッド電極１１０と
ｎ側電極１１１との間に順方向電圧を印加した。
−ＧａＮコンタクト層１０３が形成された図５に示す従
来の発光ダイオードにおいて、ｐ側パッド電極１１０と
ｎ側電極１１１との間に順方向電圧を印加した。
【００９９】上記の実施例２および比較例２において、
発光ダイオードは波長約４６０ｎｍの光を発した。この
とき、実施例２の発光ダイオードにおいては、比較例２
の発光ダイオードに比べて発光強度が約２５％向上し
た。このことから、Ｍｇ−ＧａＮ第１高温バッファ層３
およびアンドープＧａＮ第２高温バッファ層４を形成す
ることにより、発光ダイオードにおいて、良好な素子特
性が実現されることが明らかとなった。
発光ダイオードは波長約４６０ｎｍの光を発した。この
とき、実施例２の発光ダイオードにおいては、比較例２
の発光ダイオードに比べて発光強度が約２５％向上し
た。このことから、Ｍｇ−ＧａＮ第１高温バッファ層３
およびアンドープＧａＮ第２高温バッファ層４を形成す
ることにより、発光ダイオードにおいて、良好な素子特
性が実現されることが明らかとなった。
【図１】本発明に係る半導体素子の一例を示す模式的断
面図である。
面図である。
【図２】図１の発光ダイオードの製造方法の一例を示す
模式的工程断面図である。
模式的工程断面図である。
【図３】実施例１−１から実施例１−４および比較例１
のアンドープＧａＮ層における膜厚とＸＲＣ半値幅との
関係を示す図である。
のアンドープＧａＮ層における膜厚とＸＲＣ半値幅との
関係を示す図である。
【図４】従来の窒化物系半導体層の形成方法の一例を示
す模式的工程断面図である。
す模式的工程断面図である。
【図５】従来の半導体素子の一例を示す模式的断面図で
ある。
ある。
１，５１，１０１ サファイア基板 ２，５２，１０２ 低温バッファ層 ３ Ｍｇ−ＧａＮ第１高温バッファ層 ４ アンドープＧａＮ第２高温バッファ層 ５，１０３ ｎ−ＧａＮコンタクト層 ６ ＭＱＷ活性層 ７ アンドープＧａＮ保護層 ８ ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層 ９，１０９ ｐ−ＧａＮコンタクト層 １０ ｐ側透光性電極 １１ ｐ側パッド電極 １２，１１１ ｎ側電極 ５５ 転位（格子欠陥）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 冨永 浩司 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 畑 雅幸 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5F041 AA31 AA40 CA05 CA34 CA40 CA46 CA57 CA65
Claims (9)
- 【請求項１】 基板上に非単結晶のIII 族窒化物系半導
体から構成される第１のバッファ層が形成され、前記第
１のバッファ層上に、II族元素がドープされた単結晶の
III 族窒化物系半導体から構成される第２のバッファ層
が形成され、前記第２のバッファ層上に、III 族窒化物
系半導体から構成される素子領域が形成されたことを特
徴とする半導体素子。 - 【請求項２】 前記第２のバッファ層と前記素子領域と
の間にアンドープのIII 族窒化物系半導体から構成され
る第３のバッファ層が形成されたことを特徴とする請求
項１記載の半導体素子。 - 【請求項３】 前記第２のバッファ層は、異なる組成を
有する複数のIII 族窒化物系半導体層からなることを特
徴とする請求項１または２記載の半導体素子。 - 【請求項４】 前記II族元素はマグネシウムまたは亜鉛
であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載
の半導体素子。 - 【請求項５】 前記III 族窒化物系半導体はガリウム、
アルミニウム、インジウム、タリウムおよびホウ素の少
なくとも１つを含む窒化物系半導体であることを特徴と
する請求項１〜４のいずれかに記載の半導体素子。 - 【請求項６】 前記素子領域は発光層を含むことを特徴
とする請求項１〜５のいずれかに記載の半導体素子。 - 【請求項７】 基板上にIII 族窒化物系半導体から構成
される第１のバッファ層を第１の基板温度で形成し、前
記第１のバッファ層上に、II族元素がドープされたIII
族窒化物系半導体から構成される第２のバッファ層を前
記第１の基板温度よりも高い第２の基板温度で形成し、
前記第２のバッファ層上に、III 族窒化物系半導体から
構成される素子領域を形成することを特徴とする半導体
素子の製造方法。 - 【請求項８】 前記第２のバッファ層の形成後、前記第
２のバッファ層上に、III 族窒化物系半導体から構成さ
れる第３のバッファ層を前記第１の基板温度よりも高い
第３の基板温度で形成し、前記第３のバッファ層上に前
記素子領域を形成することを特徴とする請求項７記載の
半導体素子の製造方法。 - 【請求項９】 前記素子領域に発光層を形成することを
特徴とする請求項７または８記載の半導体素子の製造方
法。
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24902499A JP2001077412A (ja) | 1999-09-02 | 1999-09-02 | 半導体素子およびその製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001077412A true JP2001077412A (ja) | 2001-03-23 |
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ID=17186882
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|---|---|---|---|
| JP24902499A Pending JP2001077412A (ja) | 1999-09-02 | 1999-09-02 | 半導体素子およびその製造方法 |
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