JP2001135854A - Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体素子 - Google Patents
Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 基板上に優れた結晶性を有するＡｌＮ単結晶
層を形成する。 【構成】 基板と、該基板上に形成された膜厚が０．５
〜３μｍでその表面が実質的に平坦なＡｌＮ単結晶層と
を備えてなり、該ＡｌＮ単結晶層のＸ線ロッキングカー
ブの半値幅が５０秒以下とする。
層を形成する。 【構成】 基板と、該基板上に形成された膜厚が０．５
〜３μｍでその表面が実質的に平坦なＡｌＮ単結晶層と
を備えてなり、該ＡｌＮ単結晶層のＸ線ロッキングカー
ブの半値幅が５０秒以下とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はIII族窒化物系化合物半
導体素子に関する。
導体素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】発光ダイオードなどに用いられるIII族
窒化物系化合物半導体素子の汎用的なな素子構造は、サ
ファイア基板の上にＡｌＮやＧａＮからなる薄いバッフ
ァ層を低温で形成し、その上に素子機能を構成するＧａ
Ｎ層等のIII族窒化物系化合物半導体層を積層したもの
である。この種の素子においてバッファ層はアモルファ
ス状若しくは多結晶と考えられる。このバッファ層は素
子機能層を形成するときの高い成長温度（ほぼ１０００
℃）において方位の揃った種結晶となるとともに、素子
機能層とサファイア基板との熱膨張率の相違に基づく熱
歪みを緩和すると考えられる。
窒化物系化合物半導体素子の汎用的なな素子構造は、サ
ファイア基板の上にＡｌＮやＧａＮからなる薄いバッフ
ァ層を低温で形成し、その上に素子機能を構成するＧａ
Ｎ層等のIII族窒化物系化合物半導体層を積層したもの
である。この種の素子においてバッファ層はアモルファ
ス状若しくは多結晶と考えられる。このバッファ層は素
子機能層を形成するときの高い成長温度（ほぼ１０００
℃）において方位の揃った種結晶となるとともに、素子
機能層とサファイア基板との熱膨張率の相違に基づく熱
歪みを緩和すると考えられる。
【０００３】このようなアモルファス状若しくは多結晶
状のバッファ層に対して、特開平９−６４４７７には、
サファイア基板上に単結晶のＡｌＮバッファ層を形成す
ることが提案されている。当該公報によれば、バッファ
層を１３００℃以上の高温で成長させ、膜厚を２０〜３
００ｎｍとしそのＸ線ロッキングカーブにおいて半値幅
を９０秒以下とする等の条件を満足することにより、サ
ファイア上に結晶性の良い単結晶のＡｌＮ層を成長させ
ることができるとされている。
状のバッファ層に対して、特開平９−６４４７７には、
サファイア基板上に単結晶のＡｌＮバッファ層を形成す
ることが提案されている。当該公報によれば、バッファ
層を１３００℃以上の高温で成長させ、膜厚を２０〜３
００ｎｍとしそのＸ線ロッキングカーブにおいて半値幅
を９０秒以下とする等の条件を満足することにより、サ
ファイア上に結晶性の良い単結晶のＡｌＮ層を成長させ
ることができるとされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来公報の方法に
従えば確かにサファイア基板の上にＡｌＮを単結晶でか
つ結晶性良く成長させることができる。そして、バッフ
ァ層の結晶性が好ましいものであればその上へIII族窒
化物系化合物半導体からなる素子機能層を結晶性良く成
長させることが可能となる。しかしながら、本発明者ら
の検討によれば、上記従来公報により形成されたバッフ
ァ層の結晶性は、素子を作成するのに満足のいくような
ものではない。
従えば確かにサファイア基板の上にＡｌＮを単結晶でか
つ結晶性良く成長させることができる。そして、バッフ
ァ層の結晶性が好ましいものであればその上へIII族窒
化物系化合物半導体からなる素子機能層を結晶性良く成
長させることが可能となる。しかしながら、本発明者ら
の検討によれば、上記従来公報により形成されたバッフ
ァ層の結晶性は、素子を作成するのに満足のいくような
ものではない。
【０００５】この発明は、かかる課題を解決してIII族
窒化物系化合物半導体からなる素子機能層のバッファ層
として優れたＡｌＮ単結晶層を提供することを一つの目
的とする。この発明の他の目的は、結晶性に優れた単結
晶ＡｌＮ層を基板上に直接形成することにある。かかる
単結晶ＡｌＮ層は、高い電気絶縁性と熱伝導特性を有し
ているとともに、圧電特性を生かした音響デバイスであ
る高周波変換素子など、各種の半導体、機能性デバイス
を構成することができる。
窒化物系化合物半導体からなる素子機能層のバッファ層
として優れたＡｌＮ単結晶層を提供することを一つの目
的とする。この発明の他の目的は、結晶性に優れた単結
晶ＡｌＮ層を基板上に直接形成することにある。かかる
単結晶ＡｌＮ層は、高い電気絶縁性と熱伝導特性を有し
ているとともに、圧電特性を生かした音響デバイスであ
る高周波変換素子など、各種の半導体、機能性デバイス
を構成することができる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明は上記目的の少
なくとも一つを達成すべく為されたものであり、その構
成は次の通りである。基板と、該基板上に形成された膜
厚が０．５〜３μｍでその表面が実質的に平坦なＡｌＮ
単結晶層とを備えてなり、該ＡｌＮ単結晶層のＸ線ロッ
キングカーブの半値幅が５０秒以下である、ことを特徴
とするIII族窒化物系化合物半導体素子。
なくとも一つを達成すべく為されたものであり、その構
成は次の通りである。基板と、該基板上に形成された膜
厚が０．５〜３μｍでその表面が実質的に平坦なＡｌＮ
単結晶層とを備えてなり、該ＡｌＮ単結晶層のＸ線ロッ
キングカーブの半値幅が５０秒以下である、ことを特徴
とするIII族窒化物系化合物半導体素子。
【０００７】このように構成されたIII族窒化物系化合
物半導体素子によれば、基板の上に形成されるＡｌＮ単
結晶層の結晶性が極めて良好になる。従って、かかるＡ
ｌＮ単結晶層自体内へ素子機能を造り込むことができ
る。また、その上にIII族窒化物系化合物半導体からな
る素子機能層を形成した場合にも、当該素子機能層の結
晶性は汎用的な低温成長バッファ層の上に形成されたも
のと同等若しくはそれ以上となる。
物半導体素子によれば、基板の上に形成されるＡｌＮ単
結晶層の結晶性が極めて良好になる。従って、かかるＡ
ｌＮ単結晶層自体内へ素子機能を造り込むことができ
る。また、その上にIII族窒化物系化合物半導体からな
る素子機能層を形成した場合にも、当該素子機能層の結
晶性は汎用的な低温成長バッファ層の上に形成されたも
のと同等若しくはそれ以上となる。
【０００８】上記において、基板はその上にＡｌＮ単結
晶を成長させることができるものであれば特に限定され
ない。例えば、サファイア、スピネル、シリコン、炭化
シリコン、酸化亜鉛、リン化ガリウム、ヒ化ガリウム、
酸化マグネシウム、酸化マンガン、III族窒化物系化合
物半導体単結晶などを基板の材料として挙げることがで
きる。本発明者らの検討によれば、基板としてサファイ
アを採用し、特にそのａ面を用いることが好ましい。
晶を成長させることができるものであれば特に限定され
ない。例えば、サファイア、スピネル、シリコン、炭化
シリコン、酸化亜鉛、リン化ガリウム、ヒ化ガリウム、
酸化マグネシウム、酸化マンガン、III族窒化物系化合
物半導体単結晶などを基板の材料として挙げることがで
きる。本発明者らの検討によれば、基板としてサファイ
アを採用し、特にそのａ面を用いることが好ましい。
【０００９】ＡｌＮ単結晶層の膜厚は０．５〜３μｍと
する。膜厚が０．５μｍ未満であると、素子機能を形成
するのに不充分である。他方、３μｍを超えて膜厚を厚
くする必要はない。一般的に、半導体デバイスをつくる
のに複層で３μｍを超えることはあっても炭層で３μｍ
を超えることはないからである。このように特開平９−
６４４７７号公報と比べて膜厚が厚い理由はＡｌＮが本
来持っている結晶性がでてくるからである。薄い膜だと
基板の影響を受けてしまい結晶が歪みを受ける。しかし
厚くすると結晶そのものの性質を利用できることとな
る。
する。膜厚が０．５μｍ未満であると、素子機能を形成
するのに不充分である。他方、３μｍを超えて膜厚を厚
くする必要はない。一般的に、半導体デバイスをつくる
のに複層で３μｍを超えることはあっても炭層で３μｍ
を超えることはないからである。このように特開平９−
６４４７７号公報と比べて膜厚が厚い理由はＡｌＮが本
来持っている結晶性がでてくるからである。薄い膜だと
基板の影響を受けてしまい結晶が歪みを受ける。しかし
厚くすると結晶そのものの性質を利用できることとな
る。
【００１０】ＡｌＮ単結晶の結晶性の指標となるＸ線ロ
ッキングカーブの半値幅は５０秒以下とする。５０秒以
下の半値幅でないと、半導体デバイスとして充分な結晶
性が確保できていない。また、ＡｌＮ単結晶の上にIII
族窒化物系化合物半導体層を成長させる場合、ＡｌＮ単
結晶層の表面を実質的に平坦にしてIII族窒化物系化合
物半導体層の安定した結晶成長を確保する見地からも、
ＡｌＮ単結晶層の半値幅は５０秒以下とすることが好ま
しい。
ッキングカーブの半値幅は５０秒以下とする。５０秒以
下の半値幅でないと、半導体デバイスとして充分な結晶
性が確保できていない。また、ＡｌＮ単結晶の上にIII
族窒化物系化合物半導体層を成長させる場合、ＡｌＮ単
結晶層の表面を実質的に平坦にしてIII族窒化物系化合
物半導体層の安定した結晶成長を確保する見地からも、
ＡｌＮ単結晶層の半値幅は５０秒以下とすることが好ま
しい。
【００１１】ＡｌＮ単結晶層の上に形成されるIII族窒
化物系化合物半導体は、一般式としてＡｌＸＧａＹＩｎ
１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦
１）で表され、ＡｌＮ、ＧａＮ及びＩｎＮのいわゆる２
元系、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ、ＡｌｘＩｎ１−ｘＮ及びＧ
ａｘＩｎ１−ｘＮ（以上において０≦ｘ≦１）のいわゆ
る３元系を包含する。III族元素の一部をボロン
（Ｂ）、タリウム（Ｔｌ）等で置換しても良く、また、
窒素（Ｎ）の一部もリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチ
モン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等で置換できる。III
族窒化物系化合物半導体は任意のドーパントを含むもの
であっても良い。ｎ型不純物として、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓ
ｅ、Ｔｅ、Ｃ等を用いることができる。ｐ型不純物とし
て、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等を用いるこ
とができる。ｐ型不純物をドープした後にIII族窒化物
系化合物半導体を電子線照射、プラズマ照射若しくは炉
による加熱にさらすこともできる。III族窒化物系化合
物半導体層の形成方法は特に限定されないが、有機金属
気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）のほか、周知の分子線結晶
成長法（ＭＢＥ法）、ハライド系気相成長法（ＨＶＰＥ
法）、スパッタ法、イオンプレーティング法、電子シャ
ワー法等によっても形成することができる。III族窒化
物系化合物半導体層により構成される素子には、発光ダ
イオード、受光ダイオード、レーザダイオード、太陽電
池等の光素子の他、整流器、サイリスタ及びトランジス
タ等のバイポーラ素子、ＦＥＴ等のユニポーラ素子並び
にマイクロウェーブ素子などの電子デバイスを挙げられ
る。また、これらの素子の中間体としての積層体にも本
発明は適用されるものである。なお、発光素子の構成と
しては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やｐｎ接合を有したホ
モ構造、ヘテロ構造若しくはダブルへテロ構造のものを
用いることができる。発光層として量子井戸構造（単一
量子井戸構造若しくは多重量子井戸構造）を採用するこ
ともできる。ＡｌＮ単結晶層中にも上記各素子を造り込
むことができる。
化物系化合物半導体は、一般式としてＡｌＸＧａＹＩｎ
１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦
１）で表され、ＡｌＮ、ＧａＮ及びＩｎＮのいわゆる２
元系、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ、ＡｌｘＩｎ１−ｘＮ及びＧ
ａｘＩｎ１−ｘＮ（以上において０≦ｘ≦１）のいわゆ
る３元系を包含する。III族元素の一部をボロン
（Ｂ）、タリウム（Ｔｌ）等で置換しても良く、また、
窒素（Ｎ）の一部もリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチ
モン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等で置換できる。III
族窒化物系化合物半導体は任意のドーパントを含むもの
であっても良い。ｎ型不純物として、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓ
ｅ、Ｔｅ、Ｃ等を用いることができる。ｐ型不純物とし
て、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等を用いるこ
とができる。ｐ型不純物をドープした後にIII族窒化物
系化合物半導体を電子線照射、プラズマ照射若しくは炉
による加熱にさらすこともできる。III族窒化物系化合
物半導体層の形成方法は特に限定されないが、有機金属
気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）のほか、周知の分子線結晶
成長法（ＭＢＥ法）、ハライド系気相成長法（ＨＶＰＥ
法）、スパッタ法、イオンプレーティング法、電子シャ
ワー法等によっても形成することができる。III族窒化
物系化合物半導体層により構成される素子には、発光ダ
イオード、受光ダイオード、レーザダイオード、太陽電
池等の光素子の他、整流器、サイリスタ及びトランジス
タ等のバイポーラ素子、ＦＥＴ等のユニポーラ素子並び
にマイクロウェーブ素子などの電子デバイスを挙げられ
る。また、これらの素子の中間体としての積層体にも本
発明は適用されるものである。なお、発光素子の構成と
しては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やｐｎ接合を有したホ
モ構造、ヘテロ構造若しくはダブルへテロ構造のものを
用いることができる。発光層として量子井戸構造（単一
量子井戸構造若しくは多重量子井戸構造）を採用するこ
ともできる。ＡｌＮ単結晶層中にも上記各素子を造り込
むことができる。
【００１２】次に、ＡｌＮ単結晶層の形成方法について
説明する。このＡｌＮ単結晶層も上で説明したIII族窒
化物系化合物半導体層と同様の方法により形成すること
ができる。以下、ＭＯＣＶＤ法を中心に説明する。有機
洗浄及び熱処理により洗浄したサファイア基板のａ面を
主面として、サファイア基板を汎用のＭＯＣＶＤ装置に
セットする。基板温度を１０００〜１２００℃、好まし
くは１０５０〜１１５０℃として、アルミニウムの材料
ガスとしてのトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）７×１
０−５〜４×１０−４μｍｏｌ／ｃｍ３と窒素の材料ガ
スとしてのアンモニア０．０２〜０．０８μｍｏｌ／ｃ
ｍ３をほぼ同時に反応容器内へ導入する。この温度を、
次にIII族窒化物系化合物半導体からなる素子機能層を
形成するときには、その基板温度と同じとすることが温
度制御容易性の観点から好ましい。キャリアガスとして
は水素を用いる。反応容器内の圧力は、例えば４．０×
１０３〜１．３×１０４Ｐａ（３０〜１００Ｔｏｒ
ｒ）、好ましくは６．７×１０３〜１．２×１０４Ｐａ
（５０〜９０Ｔｏｒｒ）とし、キャリアガスの流速は、
例えば２〜４ｍ／ｓｅｃ、好ましくは２．５〜３．５ｍ
／ｓｅｃとする。各材料ガスの濃度は上記のガス流量に
おいて基板表面での衝突確立が最も高くなるように調整
する。例えば、ＴＭＡを１×１０−４μｍｏｌ／ｃ
ｍ３、アンモニアを０．０５μｍｏｌ／ｃｍ３とする。
なお、アンモニアの濃度は、成長初期の基板の窒化を避
けるため、小さくすることが好ましい。
説明する。このＡｌＮ単結晶層も上で説明したIII族窒
化物系化合物半導体層と同様の方法により形成すること
ができる。以下、ＭＯＣＶＤ法を中心に説明する。有機
洗浄及び熱処理により洗浄したサファイア基板のａ面を
主面として、サファイア基板を汎用のＭＯＣＶＤ装置に
セットする。基板温度を１０００〜１２００℃、好まし
くは１０５０〜１１５０℃として、アルミニウムの材料
ガスとしてのトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）７×１
０−５〜４×１０−４μｍｏｌ／ｃｍ３と窒素の材料ガ
スとしてのアンモニア０．０２〜０．０８μｍｏｌ／ｃ
ｍ３をほぼ同時に反応容器内へ導入する。この温度を、
次にIII族窒化物系化合物半導体からなる素子機能層を
形成するときには、その基板温度と同じとすることが温
度制御容易性の観点から好ましい。キャリアガスとして
は水素を用いる。反応容器内の圧力は、例えば４．０×
１０３〜１．３×１０４Ｐａ（３０〜１００Ｔｏｒ
ｒ）、好ましくは６．７×１０３〜１．２×１０４Ｐａ
（５０〜９０Ｔｏｒｒ）とし、キャリアガスの流速は、
例えば２〜４ｍ／ｓｅｃ、好ましくは２．５〜３．５ｍ
／ｓｅｃとする。各材料ガスの濃度は上記のガス流量に
おいて基板表面での衝突確立が最も高くなるように調整
する。例えば、ＴＭＡを１×１０−４μｍｏｌ／ｃ
ｍ３、アンモニアを０．０５μｍｏｌ／ｃｍ３とする。
なお、アンモニアの濃度は、成長初期の基板の窒化を避
けるため、小さくすることが好ましい。
【００１３】図１は上記の方法でサファイア基板のａ面
上に膜厚が０．５μｍのＡｌＮ単結晶層を形成したとき
の成長レート（成長速度：０．１ｎｍ（Å）／ｍｉｎ）
と結晶性（ロッキングカーブの半値幅：ｓｅｃ）との関
係を示す。半値幅を５０秒以下とするという指標に沿っ
て図１をみれば、成長レートは２０ｎｍ（２００Å）／
ｍｉｎ以上とすることが好ましい。成長レートの上限は
特に限定されないが、例えば成長レートは６０ｎｍ（６
００Å）／ｍｉｎ以下とすることが好ましい。成長レー
トが６０ｎｍ（６００Å）／ｍｉｎを超えると膜が平坦
にするのが困難になる。更に好ましくは３０〜５０ｎｍ
（３００〜５００Å）／ｍｉｎである。
上に膜厚が０．５μｍのＡｌＮ単結晶層を形成したとき
の成長レート（成長速度：０．１ｎｍ（Å）／ｍｉｎ）
と結晶性（ロッキングカーブの半値幅：ｓｅｃ）との関
係を示す。半値幅を５０秒以下とするという指標に沿っ
て図１をみれば、成長レートは２０ｎｍ（２００Å）／
ｍｉｎ以上とすることが好ましい。成長レートの上限は
特に限定されないが、例えば成長レートは６０ｎｍ（６
００Å）／ｍｉｎ以下とすることが好ましい。成長レー
トが６０ｎｍ（６００Å）／ｍｉｎを超えると膜が平坦
にするのが困難になる。更に好ましくは３０〜５０ｎｍ
（３００〜５００Å）／ｍｉｎである。
【００１４】図１において、最も小さい半値幅を示した
５０ｎｍ（５００Å）／ｍｉｎのロッキングカーブを図
２に示す。また、そのときのＡｌＮ単結晶層の表面電子
顕微鏡写真を図３に示す。図３に示すように、ＡｌＮ単
結晶層の表面は実質的に平坦である。他方、成長レート
を１０ｎｍ（１００Å）／ｍｉｎとしたときのＡｌＮ単
結晶層の表面電子顕微鏡写真を図４に示す。図４に示す
ように、半値幅が９０秒程度（従来例の値）では表面が
平坦にならない。かかる表面構造では素子機能をここに
造り込む場合においても、ドープを目的通りに行えない
おそれがある。また、ＡｌＮ単結晶層の上にIII族窒化
物系化合物半導体層からなる他の素子機能層を成長させ
る場合においても、当該素子機能層を結晶性よく成長さ
せることが困難になる。
５０ｎｍ（５００Å）／ｍｉｎのロッキングカーブを図
２に示す。また、そのときのＡｌＮ単結晶層の表面電子
顕微鏡写真を図３に示す。図３に示すように、ＡｌＮ単
結晶層の表面は実質的に平坦である。他方、成長レート
を１０ｎｍ（１００Å）／ｍｉｎとしたときのＡｌＮ単
結晶層の表面電子顕微鏡写真を図４に示す。図４に示す
ように、半値幅が９０秒程度（従来例の値）では表面が
平坦にならない。かかる表面構造では素子機能をここに
造り込む場合においても、ドープを目的通りに行えない
おそれがある。また、ＡｌＮ単結晶層の上にIII族窒化
物系化合物半導体層からなる他の素子機能層を成長させ
る場合においても、当該素子機能層を結晶性よく成長さ
せることが困難になる。
【００１５】
【実施例】次に、この発明の実施例を説明する。実施例
は発光ダイオード１０であり、その構成を図５に示す。
は発光ダイオード１０であり、その構成を図５に示す。
【００１６】 層 ： 組成：ドーパント （膜厚） 透光性電極１９ ｐ型クラッド層 １８ ： ｐ−ＧａＮ:Ｍｇ （0.3μm） 発光層 １７ ： 超格子構造 量子井戸層 ： Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ （3.5nm) バリア層 ： ＧａＮ （3.5nm） 量子井戸層とバリア層の繰り返し数：1〜10 ｎ型クラッド層 １６ ： ｎ−ＧａＮ：Ｓｉ （4μm） ＡｌＮ単結晶層 １５ ： ＡｌＮ （0.5μm） 基板 １１ ： サファイア（ａ面） （300μm）
【００１７】ｎ型クラッド層１６は発光層１７側の低電
子濃度ｎ-層と下地層１５側の高電子濃度ｎ＋層とから
なる２層構造とすることができる。発光層１７は超格子
構造のものに限定されない。発光素子の構成としてはシ
ングルへテロ型、ダブルへテロ型及びホモ接合型のもの
などを用いることができる。発光層１７とｐ型クラッド
層１８との間にマグネシウム等のアクセプタをドープし
たバンドギャップの広いIII族窒化物系化合物半導体層
を介在させることができる。これは発光層１７中に注入
された電子がｐ型クラッド層１８に拡散するのを防止す
るためである。ｐ型クラッド層１８を発光層１７側の低
ホール濃度ｐ−層と電極側の高ホール濃度ｐ＋層とから
なる２層構造とすることができる。
子濃度ｎ-層と下地層１５側の高電子濃度ｎ＋層とから
なる２層構造とすることができる。発光層１７は超格子
構造のものに限定されない。発光素子の構成としてはシ
ングルへテロ型、ダブルへテロ型及びホモ接合型のもの
などを用いることができる。発光層１７とｐ型クラッド
層１８との間にマグネシウム等のアクセプタをドープし
たバンドギャップの広いIII族窒化物系化合物半導体層
を介在させることができる。これは発光層１７中に注入
された電子がｐ型クラッド層１８に拡散するのを防止す
るためである。ｐ型クラッド層１８を発光層１７側の低
ホール濃度ｐ−層と電極側の高ホール濃度ｐ＋層とから
なる２層構造とすることができる。
【００１８】上記構成の発光ダイオードにおいて、Ａｌ
Ｎ単結晶層１５の成長レートは５０ｎｍ（５００Å）／
ｍｉｎであり、基板温度その他の成長条件は既述の範囲
内である。ｎ型クラッド層１６より上のIII族窒化物系
化合物半導体層は一般的な条件でＭＯＣＶＤを実行して
形成する。
Ｎ単結晶層１５の成長レートは５０ｎｍ（５００Å）／
ｍｉｎであり、基板温度その他の成長条件は既述の範囲
内である。ｎ型クラッド層１６より上のIII族窒化物系
化合物半導体層は一般的な条件でＭＯＣＶＤを実行して
形成する。
【００１９】次に、マスクを形成してｐ型クラッド層１
８、活性層１７及びｎ型クラッド層１６の一部を反応性
イオンエッチングにより除去し、ｎ電極パッド２１を形
成すべきｎ型クラッド層１６を表出させる。
８、活性層１７及びｎ型クラッド層１６の一部を反応性
イオンエッチングにより除去し、ｎ電極パッド２１を形
成すべきｎ型クラッド層１６を表出させる。
【００２０】半導体表面上にフォトレジストを一様に塗
布して、フォトリソグラフィにより、ｐ型クラッド層１
８の上の電極形成部分のフォトレジストを除去して、そ
の部分のｐ型クラッド層１８を露出させる。蒸着装置に
て、露出させたｐ型クラッド層１８の上に、Ａｕ−Ｃｏ
透光性電極層１９を形成する。次に、同様にしてｐ電極
パッド２０、ｎ電極パッド２１を蒸着する。
布して、フォトリソグラフィにより、ｐ型クラッド層１
８の上の電極形成部分のフォトレジストを除去して、そ
の部分のｐ型クラッド層１８を露出させる。蒸着装置に
て、露出させたｐ型クラッド層１８の上に、Ａｕ−Ｃｏ
透光性電極層１９を形成する。次に、同様にしてｐ電極
パッド２０、ｎ電極パッド２１を蒸着する。
【００２１】以上、明細書では発光素子を例に採り説明
してきたが、この発明は各種半導体素子に適用されるこ
とはもとより、その中間体である積層体にも適用される
ものである。この発明は、上記発明の実施の形態及び実
施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の
範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲
で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
してきたが、この発明は各種半導体素子に適用されるこ
とはもとより、その中間体である積層体にも適用される
ものである。この発明は、上記発明の実施の形態及び実
施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の
範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲
で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
【００２２】以下、次の事項を開示する。 （１１） 基板と、該基板上に形成された膜厚が０．５
〜３μｍでその表面が実質的に平坦なＡｌＮ単結晶層と
を備えてなり、該ＡｌＮ単結晶層のＸ線ロッキングカー
ブの半値幅が５０秒以下である、ことを特徴とする積層
体。 （１２） 前記ＡｌＮ単結晶層はＭＯＣＶＤ法により形
成されたものである、ことを特徴とする（１１）に記載
の積層体。 （１３） 前記基板として１０００〜１２００℃に加熱
されたサファイアａ面が用いられる、ことを特徴とする
（１２）に記載の積層体。 （１４） 前記ＡｌＮ単結晶層の成長時の圧力が４．０
×１０３〜１．３×１０ ４Ｐａ、キャリアガス流速が２
〜４ｍ／ｓｅｃ、アルミニウムの材料ガス流速が７×１
０−５〜４×１０−４μｍｏｌ／ｃｍ３、窒素の原料ガ
ス流速が０．０２〜０．０８μｍｏｌ／ｃｍ３である、
ことを特徴とする（１２）又は（１３）に記載の積層
体。 （１５） 前記ＡｌＮ単結晶層の成長速度が２０〜６０
ｎｍ／ｍｉｎである、ことを特徴とする（１２）〜（１
４）のいずれかに記載の積層体。 （１６） 前記ＡｌＮ単結晶層の上に素子機能を構成可
能なIII族窒化物系化合物半導体層が形成されている、
ことを特徴とする（１１）〜（１５）のいずれかに記載
の積層体。
〜３μｍでその表面が実質的に平坦なＡｌＮ単結晶層と
を備えてなり、該ＡｌＮ単結晶層のＸ線ロッキングカー
ブの半値幅が５０秒以下である、ことを特徴とする積層
体。 （１２） 前記ＡｌＮ単結晶層はＭＯＣＶＤ法により形
成されたものである、ことを特徴とする（１１）に記載
の積層体。 （１３） 前記基板として１０００〜１２００℃に加熱
されたサファイアａ面が用いられる、ことを特徴とする
（１２）に記載の積層体。 （１４） 前記ＡｌＮ単結晶層の成長時の圧力が４．０
×１０３〜１．３×１０ ４Ｐａ、キャリアガス流速が２
〜４ｍ／ｓｅｃ、アルミニウムの材料ガス流速が７×１
０−５〜４×１０−４μｍｏｌ／ｃｍ３、窒素の原料ガ
ス流速が０．０２〜０．０８μｍｏｌ／ｃｍ３である、
ことを特徴とする（１２）又は（１３）に記載の積層
体。 （１５） 前記ＡｌＮ単結晶層の成長速度が２０〜６０
ｎｍ／ｍｉｎである、ことを特徴とする（１２）〜（１
４）のいずれかに記載の積層体。 （１６） 前記ＡｌＮ単結晶層の上に素子機能を構成可
能なIII族窒化物系化合物半導体層が形成されている、
ことを特徴とする（１１）〜（１５）のいずれかに記載
の積層体。
【図１】図１はＡｌＮ単結晶層の成長レートとその結晶
性との関係を示すグラフである。
性との関係を示すグラフである。
【図２】図２は図１における成長レート５０ｎｍ（５０
０Å）／ｍｉｎにおけるＸ線ロッキングカーブを示す。
０Å）／ｍｉｎにおけるＸ線ロッキングカーブを示す。
【図３】図３は同じく成長レート５０ｎｍ（５００Å）
／ｍｉｎにおけるＡｌＮ単結晶層の表面電子顕微鏡写真
である。
／ｍｉｎにおけるＡｌＮ単結晶層の表面電子顕微鏡写真
である。
【図４】図５は同じく成長レート５０ｎｍ（１００Å）
／ｍｉｎにおけるＡｌＮ単結晶層の表面電子顕微鏡写真
である。
／ｍｉｎにおけるＡｌＮ単結晶層の表面電子顕微鏡写真
である。
【図５】図５はこの発明の実施例の発光ダイオードを示
す。
す。
１０ 発光ダイオード １５ ＡｌＮ単結晶層 １６ ｎ型クラッド層 １７ 発光層 １８ ｐ型クラッド層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 千田 昌伸 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 伊藤 潤 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 野杁 静代 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 浅見 慎也 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 渡邉 大志 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 Ｆターム(参考） 5F041 AA40 CA05 CA34 CA40 CA46 CA49 CA57 CA65 CA74 5F045 AA04 AB09 AB14 AB17 AB18 AC08 AC12 AD14 AD15 AD16 AE23 AE25 AF02 AF03 AF04 AF09 AF13 BB12 CA10 CA12 CA13 DA54 DA55 DA61 EE02 EE11 5F052 DA04 DB06 GC06 JA08 KA02 5F073 AA74 CA07 CB05 CB07 DA05 DA35
Claims (10)
- 【請求項１】 基板と、該基板上に形成された膜厚が
０．５〜３μｍでその表面が実質的に平坦なＡｌＮ単結
晶層とを備えてなり、該ＡｌＮ単結晶層のＸ線ロッキン
グカーブの半値幅が５０秒以下である、ことを特徴とす
るIII族窒化物系化合物半導体素子。 - 【請求項２】 前記ＡｌＮ単結晶層はＭＯＣＶＤ法によ
り形成されたものである、ことを特徴とする請求項１に
記載の素子。 - 【請求項３】 前記基板として１０００〜１２００℃に
加熱されたサファイアａ面が用いられる、ことを特徴と
する請求項２に記載の素子。 - 【請求項４】 前記ＡｌＮ単結晶層の成長時の圧力が
４．０×１０３〜１．３×１０４Ｐａ、キャリアガス流
速が２〜４ｍ／ｓｅｃ、アルミニウムの材料ガス流速が
７×１０−５〜４×１０−４μｍｏｌ／ｃｍ３、窒素の
材料ガス流速が０．０２〜０．０８μｍｏｌ／ｃｍ３で
ある、ことを特徴とする請求項２又は３に記載の素子。 - 【請求項５】 前記ＡｌＮ単結晶層の成長速度が２０〜
６０ｎｍ／ｍｉｎである、ことを特徴とする請求項２〜
４のいずれかに記載の素子。 - 【請求項６】 前記ＡｌＮ単結晶層の上に素子機能を構
成するIII族窒化物系化合物半導体層が形成されてい
る、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の
素子。 - 【請求項７】 基板上に、下記条件でＭＯＣＶＤ法を実
行してＡｌＮ単結晶層を成長させる、 反応容器内の圧力が４．０×１０３〜１．３×１０４Ｐ
ａ、キャリアガス流速が２〜４ｍ／ｓｅｃ、アルミニウ
ムの材料ガス流速が７×１０−５〜４×１０− ４μｍｏ
ｌ／ｃｍ３、窒素の材料ガス流速が０．０２〜０．０８
μｍｏｌ／ｃｍ ３である、 ことを特徴とするＡｌＮ単結晶層の成長方法。 - 【請求項８】 請求項７に記載のＡｌＮ単結晶層を成長
させるステップを含むことを特徴とするサファイア基板
上にIII族窒化物系化合物半導体層を積層する、積層体
の製造方法。 - 【請求項９】 請求項７に記載のＡｌＮ単結晶層を成長
させるステップを含むことを特徴とするIII族窒化物系
化合物半導体素子の製造方法。 - 【請求項１０】 前記基板として１０００〜１２００℃
に加熱されたサファイアａ面を用いる、ことを特徴とす
る請求項７に記載の成長方法。
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|---|---|---|---|
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| CN200410003940.2A CN1275293C (zh) | 1999-06-30 | 2000-06-29 | 第三族氮化物半导体器件和其生产方法 |
| US09/606,081 US6593016B1 (en) | 1999-06-30 | 2000-06-29 | Group III nitride compound semiconductor device and producing method thereof |
| EP00113810A EP1065705A3 (en) | 1999-06-30 | 2000-06-29 | Group III nitride compound semiconductor device and producing method therefore |
| CN00107888.7A CN1194385C (zh) | 1999-06-30 | 2000-06-29 | 第三族氮化物半导体器件和其半导体层的生产方法 |
| TW089112967A TW463241B (en) | 1999-06-30 | 2000-06-30 | Group III nitride compound semiconductor device and producing method therefor |
| KR10-2002-0050382A KR100424759B1 (ko) | 1999-06-30 | 2002-08-26 | 질화 알루미늄 단결정층의 성장 방법 및 상기 방법을 포함하는 ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 소자의 제조 방법 |
| US10/421,855 US6918961B2 (en) | 1999-06-30 | 2003-04-24 | Group III nitride compound semiconductor device and producing method therefor |
| KR20-2003-0019038U KR200332691Y1 (ko) | 1999-06-30 | 2003-06-17 | Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 소자 |
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|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
| JP2002187800A (ja) * | 2000-10-13 | 2002-07-05 | Ngk Insulators Ltd | Ｉｉｉ族窒化物エピタキシャル基板及びその使用方法 |
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| WO2006080376A1 (ja) * | 2005-01-27 | 2006-08-03 | Rohm Co., Ltd | 窒化物半導体素子および窒化物半導体結晶層の成長方法 |
| JP2008227002A (ja) * | 2007-03-09 | 2008-09-25 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体レーザ素子 |
| JP2010265178A (ja) * | 2004-02-05 | 2010-11-25 | Nokodai Tlo Kk | エピタキシャル層の気相成長装置 |
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-
1999
- 1999-11-05 JP JP31519399A patent/JP3692867B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2002252177A (ja) * | 2000-12-21 | 2002-09-06 | Ngk Insulators Ltd | 半導体素子 |
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