JP2001102632A - 化合物半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
化合物半導体装置及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】作成の容易な化合物半導体装置及びその製造方
法を提供する 【解決手段】化合物半導体装置であって、シリコン基板
と、シリコン基板上に形成された炭化珪素層と、炭化珪
素層上に形成されたIII族元素の窒素化合物を含む化合
物半導体層とを備える。
法を提供する 【解決手段】化合物半導体装置であって、シリコン基板
と、シリコン基板上に形成された炭化珪素層と、炭化珪
素層上に形成されたIII族元素の窒素化合物を含む化合
物半導体層とを備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、化合物半導体装置
及びその製造方法に関する。
及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】特開平１０−５３４８７は、燐化ガリウ
ム（ＧａＰ）基板上にIII族元素の砒素化合物結晶層を
成長させた後、アンモニアガス雰囲気中で熱処理するこ
とによって砒素と窒素を入れ替え、III族元素の窒素化
合物結晶層を作成する方法を開示する。しかし、本方法
によって作成された窒素化合物結晶層は結晶性等に問題
があり、実用には至っていない。
ム（ＧａＰ）基板上にIII族元素の砒素化合物結晶層を
成長させた後、アンモニアガス雰囲気中で熱処理するこ
とによって砒素と窒素を入れ替え、III族元素の窒素化
合物結晶層を作成する方法を開示する。しかし、本方法
によって作成された窒素化合物結晶層は結晶性等に問題
があり、実用には至っていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、上記
の課題を解決することのできる化合物半導体装置及びそ
の製造方法を提供することを目的とする。この目的は特
許請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせ
により達成される。また従属項は本発明の更なる有利な
具体例を規定する。
の課題を解決することのできる化合物半導体装置及びそ
の製造方法を提供することを目的とする。この目的は特
許請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせ
により達成される。また従属項は本発明の更なる有利な
具体例を規定する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明の第１の形
態における化合物半導体装置は、シリコン基板と、シリ
コン基板上に形成された炭化珪素層と、炭化珪素層上に
形成された化合物半導体層とを備える。
態における化合物半導体装置は、シリコン基板と、シリ
コン基板上に形成された炭化珪素層と、炭化珪素層上に
形成された化合物半導体層とを備える。
【０００５】化合物半導体層が、III族元素の窒素化合
物を含んでも良い。化合物半導体層が、II族元素または
IV族元素の不純物を更に含んでも良い。化合物半導体層
が、組成が異なる複数の層を含んでも良い。化合物半導
体層の少なくとも一部分が、多孔質構造を有しても良
い。シリコン基板は、該シリコン基板をｎ型またはｐ型
の半導体にする不純物を含んでも良い。化合物半導体層
に所定の電圧を与えるための電極を更に備えても良い。
物を含んでも良い。化合物半導体層が、II族元素または
IV族元素の不純物を更に含んでも良い。化合物半導体層
が、組成が異なる複数の層を含んでも良い。化合物半導
体層の少なくとも一部分が、多孔質構造を有しても良
い。シリコン基板は、該シリコン基板をｎ型またはｐ型
の半導体にする不純物を含んでも良い。化合物半導体層
に所定の電圧を与えるための電極を更に備えても良い。
【０００６】本発明の第１の形態における製造方法は、
化合物半導体装置を製造する方法であって、シリコン基
板上に、炭化珪素層を形成する第一の工程と、炭化珪素
層上に、III族元素の窒素化合物を含む化合物半導体層
を形成する第二の工程とを含む。
化合物半導体装置を製造する方法であって、シリコン基
板上に、炭化珪素層を形成する第一の工程と、炭化珪素
層上に、III族元素の窒素化合物を含む化合物半導体層
を形成する第二の工程とを含む。
【０００７】第一の工程は、シリコン基板に炭素元素を
含んだガスを吹き付ける工程と、シリコン基板と炭素元
素を含んだガスとを熱処理することによって、シリコン
基板の表面を炭化珪素層に変換する工程とを含んでも良
い。第二の工程は、炭化珪素層上にIII族元素の窒素化
合物を含む化合物半導体層をエピタキシャル成長させて
も良い。第二の工程は、炭化珪素層上にIII族元素の砒
素化合物を含む化合物半導体層を形成する工程と、化合
物半導体層に窒素元素を含むガスを吹き付ける工程と、
化合物半導体層と窒素元素を含むガスとを熱処理するこ
とによって、III族元素の砒素化合物をIII族元素の窒素
化合物に交換する工程とを含んでも良い。III族元素の
砒素化合物を含む化合物半導体層は、II族元素またはIV
族元素の不純物を含んでも良い。窒素元素を含むガス
は、予め熱処理され、常温時の化学種よりも活性な化学
種に変換されていても良い。第二の工程は、化合物半導
体層を多孔質化する工程を含んでも良い。第二の工程
は、化合物半導体層を熱処理することによって、固相エ
ピタキシャル成長させる工程を更に含んでも良い。化合
物半導体層に所定の電圧を供給するための電極を形成す
る工程を更に含んでも良い。
含んだガスを吹き付ける工程と、シリコン基板と炭素元
素を含んだガスとを熱処理することによって、シリコン
基板の表面を炭化珪素層に変換する工程とを含んでも良
い。第二の工程は、炭化珪素層上にIII族元素の窒素化
合物を含む化合物半導体層をエピタキシャル成長させて
も良い。第二の工程は、炭化珪素層上にIII族元素の砒
素化合物を含む化合物半導体層を形成する工程と、化合
物半導体層に窒素元素を含むガスを吹き付ける工程と、
化合物半導体層と窒素元素を含むガスとを熱処理するこ
とによって、III族元素の砒素化合物をIII族元素の窒素
化合物に交換する工程とを含んでも良い。III族元素の
砒素化合物を含む化合物半導体層は、II族元素またはIV
族元素の不純物を含んでも良い。窒素元素を含むガス
は、予め熱処理され、常温時の化学種よりも活性な化学
種に変換されていても良い。第二の工程は、化合物半導
体層を多孔質化する工程を含んでも良い。第二の工程
は、化合物半導体層を熱処理することによって、固相エ
ピタキシャル成長させる工程を更に含んでも良い。化合
物半導体層に所定の電圧を供給するための電極を形成す
る工程を更に含んでも良い。
【０００８】本発明の第２の形態における製造方法は、
化合物半導体装置を製造する方法であって、基板上にII
I族元素の砒素化合物を含む化合物半導体層を形成する
第一の工程と、化合物半導体層を多孔質化する第二の工
程と、化合物半導体層に窒素元素を含むガスを吹き付け
る第三の工程と、化合物半導体層と窒素元素を含むガス
とを熱処理することによって、III族元素の砒素化合物
をIII族元素の窒素化合物に交換する第四の工程とを含
む。
化合物半導体装置を製造する方法であって、基板上にII
I族元素の砒素化合物を含む化合物半導体層を形成する
第一の工程と、化合物半導体層を多孔質化する第二の工
程と、化合物半導体層に窒素元素を含むガスを吹き付け
る第三の工程と、化合物半導体層と窒素元素を含むガス
とを熱処理することによって、III族元素の砒素化合物
をIII族元素の窒素化合物に交換する第四の工程とを含
む。
【０００９】基板は、III族元素の窒素化合物の結晶の
格子定数とほぼ同一な格子定数を有する結晶を含んでも
良い。第一の工程は、基板上に、III族元素の窒素化合
物の結晶の格子定数とほぼ同一な格子定数を有する結晶
を含むバッファ層を形成する工程と、バッファ層上にII
I族元素の砒素化合物を含む化合物半導体層を形成する
工程とを含んでも良い。
格子定数とほぼ同一な格子定数を有する結晶を含んでも
良い。第一の工程は、基板上に、III族元素の窒素化合
物の結晶の格子定数とほぼ同一な格子定数を有する結晶
を含むバッファ層を形成する工程と、バッファ層上にII
I族元素の砒素化合物を含む化合物半導体層を形成する
工程とを含んでも良い。
【００１０】なお上記の発明の概要は、本発明の必要な
特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群の
サブコンビネーションも又発明となりうる。
特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群の
サブコンビネーションも又発明となりうる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態を通じて
本発明を説明するが、以下の実施形態はクレームにかか
る発明を限定するものではなく、又実施形態の中で説明
されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に
必須であるとは限らない。
本発明を説明するが、以下の実施形態はクレームにかか
る発明を限定するものではなく、又実施形態の中で説明
されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に
必須であるとは限らない。
【００１２】（実施形態１）図１は、本発明の第１の実
施形態に係る化合物半導体装置の断面図を示す。本実施
形態に係る化合物半導体装置は、ｎ＋Ｓｉ（１００）基
板１０と、基板１０上に形成された炭化珪素層２０と、
炭化珪素層２０上に形成された多孔質構造を有する化合
物半導体層３０と、化合物半導体層３０の多孔質構造を
平坦化するためのＳｉＯ２層４０と、基板１０に接触し
て形成されたＣｒ／Ｐｔ／Ａｕ電極５０と、化合物半導
体層３０上に形成されたＮｉ／Ａｕ電極５２及びＩＴＯ
透明電極５４とを備える。化合物半導体層３０は、炭化
珪素層２０側から順番に、ｎ＋ＧａＮ層３２、ノンドー
プＩｎ０．３Ｇａ０．７Ｎ層３４、ｐ＋Ａｌ０．２Ｇａ
０．８Ｎ層３６、及びｐ＋ＧａＮ層３８を備える。本実
施形態の化合物半導体装置は、発光素子としての機能を
有する。
施形態に係る化合物半導体装置の断面図を示す。本実施
形態に係る化合物半導体装置は、ｎ＋Ｓｉ（１００）基
板１０と、基板１０上に形成された炭化珪素層２０と、
炭化珪素層２０上に形成された多孔質構造を有する化合
物半導体層３０と、化合物半導体層３０の多孔質構造を
平坦化するためのＳｉＯ２層４０と、基板１０に接触し
て形成されたＣｒ／Ｐｔ／Ａｕ電極５０と、化合物半導
体層３０上に形成されたＮｉ／Ａｕ電極５２及びＩＴＯ
透明電極５４とを備える。化合物半導体層３０は、炭化
珪素層２０側から順番に、ｎ＋ＧａＮ層３２、ノンドー
プＩｎ０．３Ｇａ０．７Ｎ層３４、ｐ＋Ａｌ０．２Ｇａ
０．８Ｎ層３６、及びｐ＋ＧａＮ層３８を備える。本実
施形態の化合物半導体装置は、発光素子としての機能を
有する。
【００１３】図２から図７を用いて、本発明の第１の実
施形態に係る化合物半導体装置の製造方法の例を示す。
施形態に係る化合物半導体装置の製造方法の例を示す。
【００１４】図２は、ｎ＋Ｓｉ（１００）基板１０と、
基板１０上に形成された炭化珪素層２０と、炭化珪素層
２０上に形成されたIII族元素の砒素化合物を含む化合
物半導体層３０を備えた化合物半導体装置を示す。本実
施例において、成長用基板には、３インチΦのｎ＋Ｓｉ
（１００）ウエハを＜−１−１２＞方向（−は数字の上
のバーを表す）に３°オフしたものを用いる。まず、ウ
エハをフッ酸水溶液中で処理した後、分子線エピタキシ
ー（ＭＢＥ）装置内にセットする。次に、１０ −１０Ｔ
ｏｒｒ程度の超高真空下でウエハを加熱し、自然酸化膜
を除去した後、５００℃まで降温する。続いて、エチレ
ン（Ｃ２Ｈ４）ガスをウエハに吹き付けながら、５００
℃から１０００℃まで徐々に昇温し、１０００℃で２０
分間保つ。これにより、ウエハ表面に２００Å程度の単
結晶炭化珪素層２０が形成される。続いて、エチレンガ
スの供給を止め、ウエハの温度を６００℃にしてから、
III族元素の砒素化合物の結晶成長を行う。本実施例に
おいては、ｎ＋ＧａＡｓ層３１（Ｓｉドープ、膜厚：
０．３ｕｍ）、ノンドープＩｎ０．３Ｇａ０．７Ａｓ層
３３（膜厚：０．０１ｕｍ）、ｐ＋Ａｌ０．２Ｇａ
０．８Ａｓ層３５（Ｍｇ、Ｂｅドープ、膜厚：０．１ｕ
ｍ）、及びｐ＋ＧａＡｓ層３７（Ｍｇ、Ｂｅドープ、膜
厚：０．５ｕｍ）を順次成長させる。ＳｉＣとＧａＡｓ
の格子定数は異なるので、単結晶にはならず配向性を示
す程度の多結晶になるが、後で固相エピタキシャル成長
させるため問題ない。以上の工程により、図２の化合物
半導体装置が作成される。
基板１０上に形成された炭化珪素層２０と、炭化珪素層
２０上に形成されたIII族元素の砒素化合物を含む化合
物半導体層３０を備えた化合物半導体装置を示す。本実
施例において、成長用基板には、３インチΦのｎ＋Ｓｉ
（１００）ウエハを＜−１−１２＞方向（−は数字の上
のバーを表す）に３°オフしたものを用いる。まず、ウ
エハをフッ酸水溶液中で処理した後、分子線エピタキシ
ー（ＭＢＥ）装置内にセットする。次に、１０ −１０Ｔ
ｏｒｒ程度の超高真空下でウエハを加熱し、自然酸化膜
を除去した後、５００℃まで降温する。続いて、エチレ
ン（Ｃ２Ｈ４）ガスをウエハに吹き付けながら、５００
℃から１０００℃まで徐々に昇温し、１０００℃で２０
分間保つ。これにより、ウエハ表面に２００Å程度の単
結晶炭化珪素層２０が形成される。続いて、エチレンガ
スの供給を止め、ウエハの温度を６００℃にしてから、
III族元素の砒素化合物の結晶成長を行う。本実施例に
おいては、ｎ＋ＧａＡｓ層３１（Ｓｉドープ、膜厚：
０．３ｕｍ）、ノンドープＩｎ０．３Ｇａ０．７Ａｓ層
３３（膜厚：０．０１ｕｍ）、ｐ＋Ａｌ０．２Ｇａ
０．８Ａｓ層３５（Ｍｇ、Ｂｅドープ、膜厚：０．１ｕ
ｍ）、及びｐ＋ＧａＡｓ層３７（Ｍｇ、Ｂｅドープ、膜
厚：０．５ｕｍ）を順次成長させる。ＳｉＣとＧａＡｓ
の格子定数は異なるので、単結晶にはならず配向性を示
す程度の多結晶になるが、後で固相エピタキシャル成長
させるため問題ない。以上の工程により、図２の化合物
半導体装置が作成される。
【００１５】図３は、III族元素の砒素化合物を含む化
合物半導体層３０を、陽極酸化によって多孔質化する陽
極酸化装置の構成を示す。陽極酸化装置は、テフロン台
６０、Ｏリング６２、Ａｕ電極６４、Ｐｔ電極６６、Ｈ
Ｃｌ水溶液６８、及びハロゲンランプ７０を備える。図
２の化合物半導体装置をテフロン台６０に、III族元素
の砒素化合物を含む化合物半導体層３０がＨＣｌ水溶液
と接触する向きにセットし、Ｏリング６２によって固定
する。Ａｕ電極６４は、ｎ＋Ｓｉ（１００）基板１０と
電源（図示せず）の正極とを接続する。Ｐｔ電極６６
は、ＨＣｌ水溶液６８と電源の負極とを接続する。化合
物半導体層３０にハロゲンランプ７０からの光を照射し
ながら、電流密度１００ｍＡ／ｃｍ２で３０分間通電す
る。これにより、化合物半導体層３０が多孔質化され
る。以上の工程により、図４の化合物半導体装置が作成
される。
合物半導体層３０を、陽極酸化によって多孔質化する陽
極酸化装置の構成を示す。陽極酸化装置は、テフロン台
６０、Ｏリング６２、Ａｕ電極６４、Ｐｔ電極６６、Ｈ
Ｃｌ水溶液６８、及びハロゲンランプ７０を備える。図
２の化合物半導体装置をテフロン台６０に、III族元素
の砒素化合物を含む化合物半導体層３０がＨＣｌ水溶液
と接触する向きにセットし、Ｏリング６２によって固定
する。Ａｕ電極６４は、ｎ＋Ｓｉ（１００）基板１０と
電源（図示せず）の正極とを接続する。Ｐｔ電極６６
は、ＨＣｌ水溶液６８と電源の負極とを接続する。化合
物半導体層３０にハロゲンランプ７０からの光を照射し
ながら、電流密度１００ｍＡ／ｃｍ２で３０分間通電す
る。これにより、化合物半導体層３０が多孔質化され
る。以上の工程により、図４の化合物半導体装置が作成
される。
【００１６】図４は、図２の化合物半導体装置を、図３
の陽極酸化装置によって多孔質化した化合物半導体装置
の断面図を示す。化合物半導体装置は、ｎ＋Ｓｉ（１０
０）基板１０と、基板１０上に形成された炭化珪素層２
０と、炭化珪素層２０上に形成された化合物半導体層３
０とを備える。化合物半導体層３０は、炭化珪素層２０
側から順番に、ｎ＋ＧａＡｓ層３１、ノンドープＩｎ
０．３Ｇａ０．７Ａｓ層３３、ｐ＋Ａｌ０．２Ｇａ
０．８Ａｓ層３５、及びｐ＋ＧａＡｓ層３７を備え、そ
れぞれがスポンジ状の多孔質構造を有する。図４におい
ては、簡略化のために化合物半導体層３０を三角形の形
状を用いて表現したが、実際にはポーラスシリコンと同
様なスポンジ状構造を有する。本実施例の条件下では、
炭化珪素層２０は陽極酸化されないので、多孔質化しな
い。
の陽極酸化装置によって多孔質化した化合物半導体装置
の断面図を示す。化合物半導体装置は、ｎ＋Ｓｉ（１０
０）基板１０と、基板１０上に形成された炭化珪素層２
０と、炭化珪素層２０上に形成された化合物半導体層３
０とを備える。化合物半導体層３０は、炭化珪素層２０
側から順番に、ｎ＋ＧａＡｓ層３１、ノンドープＩｎ
０．３Ｇａ０．７Ａｓ層３３、ｐ＋Ａｌ０．２Ｇａ
０．８Ａｓ層３５、及びｐ＋ＧａＡｓ層３７を備え、そ
れぞれがスポンジ状の多孔質構造を有する。図４におい
ては、簡略化のために化合物半導体層３０を三角形の形
状を用いて表現したが、実際にはポーラスシリコンと同
様なスポンジ状構造を有する。本実施例の条件下では、
炭化珪素層２０は陽極酸化されないので、多孔質化しな
い。
【００１７】図５は、III族元素の砒素化合物をIII族元
素の窒素化合物に交換する窒素交換装置の構成を示す。
窒素変換装置は、化合物半導体装置をセットする高純度
炭素容器７２と、高純度炭素容器７２内にガス７８を供
給するための石英チューブ７４と、石英チューブ７４内
に設けられ、ガス７８を加熱するためのヒータ線７６と
を備える。図４の化合物半導体装置を高純度炭素容器７
２に、III族元素の砒素化合物を含む化合物半導体層３
０が窒素元素を含むガスと接触する向きにセットする。
窒素変換装置を電気炉（図示せず）に入れ、電気炉中に
高純度窒素ガスを流しながら、石英チューブ７４に純度
１００％のアンモニアガス７８を供給する。アンモニア
ガス７８は、８５０℃に設定されたヒータ線７６によっ
て熱処理され、常温時よりも活性な化学種に変換されて
いる。電気炉の温度は、室温から８５０℃まで３０分間
かけて昇温し、８５０℃で１０分間保持する。これによ
り、化合物半導体層３０中のIII族元素の砒素化合物がI
II族元素の窒素化合物に交換される。化合物半導体層３
０を予め多孔質化することによって表面積を大きくして
いるので、砒素と窒素との交換が効率良く行われる。そ
の後、８５０℃から室温まで６０分間かけて徐冷する。
このとき、ヒータ線７６の加熱を止め、アンモニアガス
の代わりに高純度窒素ガスを供給する。これにより、化
合物半導体層３０が固相エピタキシャル成長する。化合
物半導体層３０を予め多孔質化することによって構造を
微細化しているので、固相エピタキシャル成長が効率良
く行われ、結晶性の良好な化合物半導体層３０を得るこ
とができる。以上の工程により、図６の化合物半導体装
置が作成される。
素の窒素化合物に交換する窒素交換装置の構成を示す。
窒素変換装置は、化合物半導体装置をセットする高純度
炭素容器７２と、高純度炭素容器７２内にガス７８を供
給するための石英チューブ７４と、石英チューブ７４内
に設けられ、ガス７８を加熱するためのヒータ線７６と
を備える。図４の化合物半導体装置を高純度炭素容器７
２に、III族元素の砒素化合物を含む化合物半導体層３
０が窒素元素を含むガスと接触する向きにセットする。
窒素変換装置を電気炉（図示せず）に入れ、電気炉中に
高純度窒素ガスを流しながら、石英チューブ７４に純度
１００％のアンモニアガス７８を供給する。アンモニア
ガス７８は、８５０℃に設定されたヒータ線７６によっ
て熱処理され、常温時よりも活性な化学種に変換されて
いる。電気炉の温度は、室温から８５０℃まで３０分間
かけて昇温し、８５０℃で１０分間保持する。これによ
り、化合物半導体層３０中のIII族元素の砒素化合物がI
II族元素の窒素化合物に交換される。化合物半導体層３
０を予め多孔質化することによって表面積を大きくして
いるので、砒素と窒素との交換が効率良く行われる。そ
の後、８５０℃から室温まで６０分間かけて徐冷する。
このとき、ヒータ線７６の加熱を止め、アンモニアガス
の代わりに高純度窒素ガスを供給する。これにより、化
合物半導体層３０が固相エピタキシャル成長する。化合
物半導体層３０を予め多孔質化することによって構造を
微細化しているので、固相エピタキシャル成長が効率良
く行われ、結晶性の良好な化合物半導体層３０を得るこ
とができる。以上の工程により、図６の化合物半導体装
置が作成される。
【００１８】図６は、図４の化合物半導体装置の化合物
半導体層３０に含まれるIII族元素の砒素化合物を、図
５の窒素交換装置によってIII族元素の窒素化合物に交
換した化合物半導体装置の断面図を示す。化合物半導体
装置は、ｎ＋Ｓｉ（１００）基板１０と、基板１０上に
形成された炭化珪素層２０と、炭化珪素層２０上に形成
された化合物半導体層３０とを備える。化合物半導体層
３０は、炭化珪素層２０側から順番に、ｎ＋ＧａＮ層３
２、ノンドープＩｎ０．３Ｇａ０．７Ｎ層３４、ｐ＋Ａ
ｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ層３６、及びｐ＋ＧａＮ層３８を
備え、それぞれがスポンジ状の多孔質構造を有する。
半導体層３０に含まれるIII族元素の砒素化合物を、図
５の窒素交換装置によってIII族元素の窒素化合物に交
換した化合物半導体装置の断面図を示す。化合物半導体
装置は、ｎ＋Ｓｉ（１００）基板１０と、基板１０上に
形成された炭化珪素層２０と、炭化珪素層２０上に形成
された化合物半導体層３０とを備える。化合物半導体層
３０は、炭化珪素層２０側から順番に、ｎ＋ＧａＮ層３
２、ノンドープＩｎ０．３Ｇａ０．７Ｎ層３４、ｐ＋Ａ
ｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ層３６、及びｐ＋ＧａＮ層３８を
備え、それぞれがスポンジ状の多孔質構造を有する。
【００１９】図７は、図６の化合物半導体装置をＳｉＯ
２層４０によって平坦化した化合物半導体装置の断面図
を示す。図６の化合物半導体装置をスピナーにチャッキ
ングし、スピンオングラスをスピンコートする。スピン
オングラスが化合物半導体層３０の多孔質構造の隙間を
埋めることによって、化合物半導体層３０が平坦化され
る。スピンコートは５回行う。この後、高純度窒素ガス
雰囲気下、６００℃で３０分間熱処理を行い、ＳｉＯ２
層４０を形成する。以上の工程により、図７の化合物半
導体装置が作成される。
２層４０によって平坦化した化合物半導体装置の断面図
を示す。図６の化合物半導体装置をスピナーにチャッキ
ングし、スピンオングラスをスピンコートする。スピン
オングラスが化合物半導体層３０の多孔質構造の隙間を
埋めることによって、化合物半導体層３０が平坦化され
る。スピンコートは５回行う。この後、高純度窒素ガス
雰囲気下、６００℃で３０分間熱処理を行い、ＳｉＯ２
層４０を形成する。以上の工程により、図７の化合物半
導体装置が作成される。
【００２０】続いて、図７の化合物半導体装置に電極を
形成する。ＳｉＯ２層４０を１％フッ酸水溶液でエッチ
ングして、最表面のｐ＋ＧａＮ層３８の先端のみを露出
させる。その後、電気メッキによりＮｉ、Ａｕを順番に
堆積させ、高純度窒素ガス雰囲気下、４００℃で５分間
熱処理し、Ｎｉ／Ａｕ電極５２を形成する。さらに、全
面に透明導電性膜であるインジウム・錫酸化物（ＩＴ
Ｏ）膜をスパッタ法によって堆積させ、ＩＴＯ透明電極
５４を形成する。ｎ＋Ｓｉ（１００）基板１０は導電性
を有するので、化合物半導体装置の裏面にも電極を形成
できる。本実施例においては、ｎ＋Ｓｉ（１００）基板
１０に、Ｃｒ、Ｐｔ、Ａｕを順番に蒸着し、Ｃｒ／Ｐｔ
／Ａｕ電極５２を形成する。以上の工程により、図１の
化合物半導体装置が作成される。
形成する。ＳｉＯ２層４０を１％フッ酸水溶液でエッチ
ングして、最表面のｐ＋ＧａＮ層３８の先端のみを露出
させる。その後、電気メッキによりＮｉ、Ａｕを順番に
堆積させ、高純度窒素ガス雰囲気下、４００℃で５分間
熱処理し、Ｎｉ／Ａｕ電極５２を形成する。さらに、全
面に透明導電性膜であるインジウム・錫酸化物（ＩＴ
Ｏ）膜をスパッタ法によって堆積させ、ＩＴＯ透明電極
５４を形成する。ｎ＋Ｓｉ（１００）基板１０は導電性
を有するので、化合物半導体装置の裏面にも電極を形成
できる。本実施例においては、ｎ＋Ｓｉ（１００）基板
１０に、Ｃｒ、Ｐｔ、Ａｕを順番に蒸着し、Ｃｒ／Ｐｔ
／Ａｕ電極５２を形成する。以上の工程により、図１の
化合物半導体装置が作成される。
【００２１】図８は、本実施例によって作成した化合物
半導体装置を、順方向に１５Ｖ、２０ｍＡ／ｃｍ２のバ
イアスしたときに観測される発光スペクトルを示す。本
実施形態に係る化合物半導体装置は、青紫色の発光素子
としての機能を有すると考えられる。発光波長は、多孔
質化の度合いや、ノンドープＩｎＧａＮ層３４のＩｎと
Ｇａの組成比によって変化させることができる。
半導体装置を、順方向に１５Ｖ、２０ｍＡ／ｃｍ２のバ
イアスしたときに観測される発光スペクトルを示す。本
実施形態に係る化合物半導体装置は、青紫色の発光素子
としての機能を有すると考えられる。発光波長は、多孔
質化の度合いや、ノンドープＩｎＧａＮ層３４のＩｎと
Ｇａの組成比によって変化させることができる。
【００２２】本実施例においては、基板としてシリコン
基板を用いたが、その他の基板を用いることも可能であ
る。III族元素の窒素化合物の格子定数に近い格子定数
を有する基板を用いるのが好ましい。または、基板上に
III族元素の窒素化合物の格子定数に近い格子定数を有
するバッファ層を形成するのが好ましい。これによれ
ば、結晶性の良好な化合物半導体装置を得ることができ
る。また、導電性を有する基板を用いるのが好ましい。
これによれば、化合物半導体装置の裏面にも電極を形成
することができる。
基板を用いたが、その他の基板を用いることも可能であ
る。III族元素の窒素化合物の格子定数に近い格子定数
を有する基板を用いるのが好ましい。または、基板上に
III族元素の窒素化合物の格子定数に近い格子定数を有
するバッファ層を形成するのが好ましい。これによれ
ば、結晶性の良好な化合物半導体装置を得ることができ
る。また、導電性を有する基板を用いるのが好ましい。
これによれば、化合物半導体装置の裏面にも電極を形成
することができる。
【００２３】本実施例においては、炭化珪素層２０上
に、まずIII族元素の砒素化合物を含む化合物半導体層
３０を形成してから、砒素化合物を窒素化合物に交換し
たが、炭化珪素層２０上に、直接III族元素の窒素化合
物を含む化合物半導体層３０を成長させても良い。
に、まずIII族元素の砒素化合物を含む化合物半導体層
３０を形成してから、砒素化合物を窒素化合物に交換し
たが、炭化珪素層２０上に、直接III族元素の窒素化合
物を含む化合物半導体層３０を成長させても良い。
【００２４】本実施例においては、化合物半導体層３０
を多孔質化してから、III族元素の砒素化合物をIII族元
素の窒素化合物に交換したが、工程の前後は問わない。
化合物半導体層３０を多孔質化する工程を先に行ってお
くと、窒素化合物への交換が効率良く行われる。一方
で、多孔質化の度合いによって発光波長を変化させるこ
とができるため、窒素化合物への交換工程とは関係なく
全く独立に多孔質化する工程を行うことも考えられる。
を多孔質化してから、III族元素の砒素化合物をIII族元
素の窒素化合物に交換したが、工程の前後は問わない。
化合物半導体層３０を多孔質化する工程を先に行ってお
くと、窒素化合物への交換が効率良く行われる。一方
で、多孔質化の度合いによって発光波長を変化させるこ
とができるため、窒素化合物への交換工程とは関係なく
全く独立に多孔質化する工程を行うことも考えられる。
【００２５】以上、本発明を実施の形態を用いて説明し
たが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範
囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又
は改良を加えることができることが当業者に明らかであ
る。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術
的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から
明らかである。
たが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範
囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又
は改良を加えることができることが当業者に明らかであ
る。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術
的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から
明らかである。
【００２６】
【発明の効果】上記説明から明らかなように、本発明に
よれば作成の容易な化合物半導体装置及びその製造方法
を提供することができる。
よれば作成の容易な化合物半導体装置及びその製造方法
を提供することができる。
【図１】 本発明の実施形態に係る化合物半導体装置の
断面図である。
断面図である。
【図２】 III族元素の砒素化合物を含む化合物半導体
装置の断面図である。
装置の断面図である。
【図３】 本発明の実施形態に係る陽極酸化装置の構成
図である。
図である。
【図４】 多孔質化された化合物半導体装置の断面図で
ある。
ある。
【図５】 本発明の実施形態に係る窒素変換装置の構成
図である。
図である。
【図６】 III族元素の窒素化合物に交換された化合物
半導体装置の断面図である。
半導体装置の断面図である。
【図７】 平坦化された化合物半導体装置の断面図であ
る。
る。
【図８】 本発明の実施形態に係る化合物半導体装置の
発光特性を示す図である。
発光特性を示す図である。
１０ ｎ＋Ｓｉ（１００）基板 ２０ 炭化珪素層 ３０ 化合物半導体層 ３２ ｎ＋ＧａＮ層 ３４ ノンドープＩｎ０．３Ｇａ０．７Ｎ層 ３６ ｐ＋Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ層 ３８ ｐ＋ＧａＮ層 ４０ ＳｉＯ２層 ５０ 電極 ５２ 電極 ５４ ＩＴＯ透明電極 ６０ テフロン台 ６２ Ｏリング ６４ Ａｕ電極 ６６ Ｐｔ電極 ６８ ＨＣｌ水溶液 ７０ ハロゲンランプ ７２ 高純度炭素容器 ７４ 石英チューブ ７６ ヒータ線 ７８ ガス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F041 AA40 CA23 CA33 CA34 CA35 CA36 CA40 CA46 CA66 CA77 CA88 5F073 CA07 CB04 CB22 DA06 DA28 DA35 5F103 AA04 BB05 BB07 BB08 DD01 DD03 DD05 DD17 GG01 HH03 JJ01 JJ03 KK10 LL02 RR06
Claims (19)
- 【請求項１】 化合物半導体装置であって、 シリコン基板と、 前記シリコン基板上に形成された炭化珪素層と、 前記炭化珪素層上に形成された化合物半導体層とを備え
たことを特徴とする化合物半導体装置。 - 【請求項２】 前記化合物半導体層が、III族元素の窒
素化合物を含むことを特徴とする請求項１に記載の化合
物半導体装置。 - 【請求項３】 前記化合物半導体層が、II族元素または
IV族元素の不純物を更に含むことを特徴とする請求項２
に記載の化合物半導体装置。 - 【請求項４】 前記化合物半導体層が、組成が異なる複
数の層を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれ
かに記載の化合物半導体装置。 - 【請求項５】 前記化合物半導体層の少なくとも一部分
が、多孔質構造を有することを特徴とする請求項１から
４のいずれかに記載の化合物半導体装置。 - 【請求項６】 前記シリコン基板は、該シリコン基板を
ｎ型またはｐ型の半導体にする不純物を含むことを特徴
とする請求項１から５のいずれかに記載の化合物半導体
装置。 - 【請求項７】 前記化合物半導体層に所定の電圧を与え
るための電極を更に備えたことを特徴とする請求項１か
ら６のいずれかに記載の化合物半導体装置。 - 【請求項８】 化合物半導体装置を製造する方法であっ
て、 シリコン基板上に、炭化珪素層を形成する第一の工程
と、 前記炭化珪素層上に、III族元素の窒素化合物を含む化
合物半導体層を形成する第二の工程とを含むことを特徴
とする化合物半導体装置の製造方法。 - 【請求項９】 前記第一の工程は、 前記シリコン基板に炭素元素を含んだガスを吹き付ける
工程と、 前記シリコン基板と前記炭素元素を含んだガスとを熱処
理することによって、前記シリコン基板の表面を炭化珪
素層に変換する工程とを含むことを特徴とする請求項８
に記載の化合物半導体装置の製造方法。 - 【請求項１０】 前記第二の工程は、前記炭化珪素層上
にIII族元素の窒素化合物を含む化合物半導体層をエピ
タキシャル成長させることを特徴とする請求項８または
９のいずれかに記載の化合物半導体装置の製造方法。 - 【請求項１１】 前記第二の工程は、 前記炭化珪素層上にIII族元素の砒素化合物を含む化合
物半導体層を形成する工程と、 前記化合物半導体層に窒素元素を含むガスを吹き付ける
工程と、 前記化合物半導体層と前記窒素元素を含むガスとを熱処
理することによって、前記III族元素の砒素化合物をIII
族元素の窒素化合物に交換する工程とを含むことを特徴
とする請求項８から１０のいずれかに記載の化合物半導
体装置の製造方法。 - 【請求項１２】 前記III族元素の砒素化合物を含む化
合物半導体層は、II族元素またはIV族元素の不純物を含
むことを特徴とする請求項１１に記載の化合物半導体装
置の製造方法。 - 【請求項１３】 前記窒素元素を含むガスは、予め熱処
理され、常温時の化学種よりも活性な化学種に変換され
ていることを特徴とする請求項１１または１２に記載の
化合物半導体装置の製造方法。 - 【請求項１４】 前記第二の工程は、前記化合物半導体
層を多孔質化する工程を含むことを特徴とする請求項８
から１３のいずれかに記載の化合物半導体装置の製造方
法。 - 【請求項１５】 前記第二の工程は、前記化合物半導体
層を熱処理することによって、固相エピタキシャル成長
させる工程を更に含むことを特徴とする請求項８から１
４のいずれかに記載の化合物半導体装置の製造方法。 - 【請求項１６】 前記化合物半導体層に所定の電圧を供
給するための電極を形成する工程を更に含むことを特徴
とする請求項８から１５のいずれかに記載の化合物半導
体装置の製造方法。 - 【請求項１７】 化合物半導体装置を製造する方法であ
って、 基板上にIII族元素の砒素化合物を含む化合物半導体層
を形成する第一の工程と、 前記化合物半導体層を多孔質化する第二の工程と、 前記化合物半導体層に窒素元素を含むガスを吹き付ける
第三の工程と、 前記化合物半導体層と前記窒素元素を含むガスとを熱処
理することによって、前記III族元素の砒素化合物をIII
族元素の窒素化合物に交換する第四の工程とを含むこと
を特徴とする化合物半導体装置の製造方法。 - 【請求項１８】 前記基板は、III族元素の窒素化合物
の結晶の格子定数とほぼ同一な格子定数を有する結晶を
含むことを特徴とする請求項１７に記載の化合物半導体
装置の製造方法。 - 【請求項１９】 前記第一の工程は、 前記基板上に、III族元素の窒素化合物の結晶の格子定
数とほぼ同一な格子定数を有する結晶を含むバッファ層
を形成する工程と、 前記バッファ層上にIII族元素の砒素化合物を含む化合
物半導体層を形成する工程とを含むことを特徴とする請
求項１７または１８に記載の化合物半導体装置の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28212899A JP2001102632A (ja) | 1999-10-01 | 1999-10-01 | 化合物半導体装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28212899A JP2001102632A (ja) | 1999-10-01 | 1999-10-01 | 化合物半導体装置及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001102632A true JP2001102632A (ja) | 2001-04-13 |
Family
ID=17648493
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28212899A Withdrawn JP2001102632A (ja) | 1999-10-01 | 1999-10-01 | 化合物半導体装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001102632A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007018299A1 (ja) * | 2005-08-08 | 2007-02-15 | Showa Denko K.K. | 半導体素子及びその製造方法 |
| JP2007081313A (ja) * | 2005-09-16 | 2007-03-29 | Showa Denko Kk | 窒化物系半導体発光素子及びその製造方法 |
| JP2012212929A (ja) * | 2005-05-27 | 2012-11-01 | Lattice Power (Jiangxi) Corp | ＩｎＧａＡｌＮ発光装置とその製造方法 |
-
1999
- 1999-10-01 JP JP28212899A patent/JP2001102632A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012212929A (ja) * | 2005-05-27 | 2012-11-01 | Lattice Power (Jiangxi) Corp | ＩｎＧａＡｌＮ発光装置とその製造方法 |
| WO2007018299A1 (ja) * | 2005-08-08 | 2007-02-15 | Showa Denko K.K. | 半導体素子及びその製造方法 |
| JP2007081313A (ja) * | 2005-09-16 | 2007-03-29 | Showa Denko Kk | 窒化物系半導体発光素子及びその製造方法 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20061205 |