JP2001168386A - Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 基板とIII族窒化物系化合物半導体層との積
層体がそらないようにする。 【構成】 素子機能を有するIII族窒化物系化合物半導
体層をテクスチャー構造とされた該下地層の表面に形成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【０００２】

【従来の技術】III族窒化物系化合物半導体素子は発光
ダイオード等の発光素子に用いられる。かかる発光素子
では、例えばサファイア製の基板表面に素子機能を有す
るIII族窒化物系化合物半導体層をエピタキシャル成長
させた構成である。

【０００３】しかしながら、サファイア基板とIII族窒
化物系化合物半導体層では熱膨張係数や格子定数が異な
るので、サファイア基板とIII族窒化物系化合物半導体
層との間に歪みが生じる。この歪みの為に生ずる現象と
して、サファイア基板とIII族窒化物系化合物半導体層
の積層体にそりが発生する。このそりがあまりにも大き
くなると、半導体の結晶性が損なわれたり半導体層にク
ラックが入るおそれのあることはもとより、素子作製時
のアライメント調整にも不具合が生じる。そのため、従
来ではいわゆる低温堆積層を基板とIII族窒化物系化合
物半導体層との間に形成して上記の歪みを緩和してい
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般的な有機金属気相
成長法（以下、「ＭＯＣＶＤ」法という）を採用して素
子を形成するときのIII族窒化物系化合物半導体層の成
長温度は１０００℃以上である。一方、低温堆積層の成
長温度は４００〜５００℃程度であるため、１０００℃
程度で行われる基板クリーニングからIII族窒化物系化
合物半導体層までの温度履歴をみると、高温（１０００
℃）→低温（４００〜５００℃）→高温（１０００℃）
となり、温度調整が困難なばかりでなく、熱効率も悪
い。そこで、堆積層を高温で形成することが考えられる
が、基板上に直接１０００℃前後の高温でIII族窒化物
系化合物半導体（例えば低温堆積層と同じＡｌＮ層）を
成長させると、そりの問題が再び浮上する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記そり
の問題を解決すべく検討を重ねてきた結果、下記構成の
本願発明に想到した。素子機能を有するIII族窒化物系
化合物半導体層をその表面上に形成可能な下地層を有
し、該下地層の表面には傾斜が形成されており、前記下
地層の表面において該傾斜面の占める面積割合が、平面
投影面上で、５〜１００％である、ことを特徴とするII
I族窒化物系化合物半導体素子。

【０００６】また、他の見方をすれば、下地層をテクス
チャー構造とすることが好ましい。ここにテクスチャー
構造とは、任意の断面をみたとき下地層表面がノコギリ
歯状に、即ち傾斜面を介して谷と山とが繰返している構
造を指す。この山部は、独立した多角錐形（円錐形も含
む）の場合と山脈状に連なっている場合の両方を含む。
また、この明細書において、断面台形状とは山部頂上に
おける平坦領域が多くなったものを指し、更に平坦領域
が多くなったものをピット状と呼ぶ。この明細書では斜
面領域の占める割合が平面投影面上で７０〜１００％を
テクスチャー構造、３０〜７０％を断面台形状、５〜３
０％をピット状と呼ぶ。

【０００７】このような下地層を用いることによりIII
族窒化物系化合物半導体層と下地層を含めた基板との間
の歪みが緩和される。これは、ヘテロ界面に傾斜面が存
在することによりヘテロ界面にかかる応力が当該傾斜面
と平行に加わることとなって分散され、もって応力が緩
和されることによると考えられる。このようにして歪み
が緩和されると、そりの問題が低減される。その結果、
III族窒化物系化合物半導体層へクラックが入ることを
未然に防止できることはもとよりその結晶性が向上し、
さらには素子作製時のアライメントも取り易くなる。

【０００８】

【発明の実施の態様】以下、この発明の各要素について
詳細に説明する。 III族窒化物系化合物半導体層 III族窒化物系化合物半導体は、一般式としてＡｌ_ＸＧ
ａ_ＹＩｎ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ（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、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ、Ａｌ_ｘＩｎ_１−ｘ
Ｎ及びＧａ_ｘＩｎ_１−ｘＮ（以上において０＜ｘ＜１）
のいわゆる３元系及びＡｌ_ＸＧａ_ＹＩｎ _{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ
（０＜Ｘ＜１、０＜Ｙ＜１）の４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。発光素子の素子機能部分は上記２元系
若しくは３元系のIII族窒化物系化合物半導体より構成
することが好ましい。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、Ｓｅ、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。なお、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さらに
低抵抗化するために電子線照射、プラズマ照射若しくは
炉による加熱することも可能である。III族窒化物系化
合物半導体は、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。

【０００９】III族窒化物系化合物半導体により構成さ
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
子デバイスがある。なお、発光素子の構成としては、Ｍ
ＩＳ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。

【００１０】下地層はその上に上記III族窒化物系化合
物半導体を成長させられるものであれば、特に限定され
ない。実施例では基板の上に形成された第１のIII族窒
化物系化合物半導体層がこの下地層を構成する。基板の
上に形成された第１のIII族窒化物系化合物半導体には
ＡｌＸＧａＹＩｎ１ーＸーＹＮ（０＜Ｘ＜１、０＜Ｙ＜
１、０＜Ｘ＋Ｙ＜１）で表現される四元系の化合物半導
体、Ａｌ_ＸＧａ_１−ＸＮ（０＜Ｘ＜１）で表現される三
元系の化合物半導体、並びにＡｌＮ、ＧａＮ及びＩｎＮ
が含まれる。サファイア基板の上には特にＡｌＮが好適
に用いられる。これら第１のIII族窒化物系化合物半導
体層は実質的に単結晶構造である。かかる第１のIII族
窒化物系化合物半導体を省略すれば、基板の表面が下地
層の表面となる。

【００１１】下地層の表面には斜面が形成されている。
このとき、斜面を作るもとの構造は、三角錐、四角錐な
どの多角錐の集合体の場合も、山脈状に山部と谷部とが
帯状の傾斜面で交互につながっている場合も含む。この
斜面は下地層の全面に形成されており、１つ１つの斜面
は細かいものであって、その幅は平面投影面において２
μｍ未満である。この斜面（見方によっては、凹部であ
る）の占める面積割合は、平面投影面上で、５〜１００
％とすることが好ましい。更に好ましくは３０〜１００
％であり、更に更に好ましくは７０〜１００％である。
この斜面の占める面積割合が平面投影面上で７０〜１０
０％であると、図１及び２に示すように、下地層の表面
はテクスチャー構造となり、その断面形状は山形とな
る。１００％のものがノコギリ歯状に谷と山とを繰り返
す構造となる。この斜面の占める面積割合が平面投影面
上で３０〜７０％であると、図３に示すように、下地層
の表面は島の部分と山の部分が混在し、その断面形状は
台形となる。この斜面の占める面積割合が平面投影面上
で５〜３０％であると、図４に示すようにピット状とな
り、平坦な表面に孔があいた構成である。ここで、平面
投影面とは、下地層の表面をこれに平行な面へ平行投影
して得られる投影面である。

【００１２】このように表面に凹凸を備えた第１のIII
族窒化物系化合物半導体層は、後で形成される素子機能
を有する第２のIII族窒化物系化合物半導体と実質的に
同じ温度である高温（１１５０℃程度）において、通常
の成長条件よりもアンモニアを多く流すことにより形成
される。

【００１３】次に、本願発明の効果を確認するために行
った試験について説明する。サファイア基板の上に実施
例、比較例のＡｌＮ層をＭＯＣＶＤ法で形成し、さらに
ＡｌＮ層の上にＭＯＣＶＤ法で４μｍのＧａＮ層を形成
してサンプルとなる積層体を得た。常温における各サン
プルのそり量を図５に示す。そり量は、図６に示すよう
に、サンプル中央の高さＨを測定した。図５において、
●と黒塗り三角は比較例を示し、●はＡｌＮ層の成長温
度：４００℃、膜厚：２００Åとしたときの結果であ
る。黒塗り逆三角はフラットな表面を有するＡｌＮ層を
成長温度：１１３０℃、膜厚：１．５μｍとしたときの
結果である。図から分かるように、フラットな表面を有
するＡｌＮ層では、積層体に大きなそりが生じている。

【００１４】一方、○はこの発明の実施例を示し、この
場合ＡｌＮ層は図１及び図２に示したテクスチャー構造
の表面を有し、その成長温度は１１３０℃、膜厚は１．
５μｍである。図の結果からわかるように、表面テクス
チャー構造を有するＡｌＮ層では従来の低温堆積層
（●）と同じ程度のそりしか発生しない。更にはその反
りのバラツキも小さくなる。また、表面テクスチャー構
造を有するＡｌＮ層の上に形成されたＧａＮ層のロッキ
ングカーブの半値幅は１６秒であった。この値は、既存
の発光素子に用いられているｎ型ＧａＮコンタクト層の
それとほぼ同じであり、素子機能を有するIII族窒化物
系化合物半導体層として充分な結晶性である。

【００１５】上記において、テクスチャー構造等を持つ
下地層は基板上へ、成長条件を調整することにより、ア
ズグロウンに形成するものである。平坦面の下地層を成
長させておいてその平坦面をエッチングなどの方法で処
理することにより、下地層の表面をテクスチャー構造、
断面台形状、ピット状とすることも可能である。

【００１６】基板と下地層との間に堆積層を形成するこ
とが好ましい。下地層がIII族窒化物系化合物半導体か
らなる場合、堆積層も同じくIII族窒化物系化合物半導
体で形成するか或いは金属窒化物系化合物半導体で形成
することが好ましい。堆積層はIII族窒化物系化合物半
導体のなかでもＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）から
なるものとすることが好ましく、更に好ましくはＡｌＮ
である。金属窒化物系化合物半導体のなかでは窒化チタ
ン、窒化ハフニウム、窒化ジルコニウム及び窒化タンタ
ルから選ばれる１種又は２種以上からなるものとするこ
とが好ましい。更に好ましくは窒化チタンである。この
とき基板はサファイア製とすることが好ましく、更に好
ましくはサファイア基板のａ面に堆積層を形成する。か
かる堆積層の形成方法として周知のIII族窒化物系化合
物半導体及び金属窒化物系化合物半導体の形成方法（Ｍ
ＯＣＶＤ法やスパッタ法等）が採用できる。堆積層の膜
厚はとくに限定されるものではないが、数〜数１００ｎ
ｍ（数１０〜数１０００Å）とする。本発明者らの検討
によれば、基板と下地層（歪緩和層）との間に堆積層を
介在させることにより、下地層表面の傾斜を制御し易く
なる。即ち、所望の構造の（テクスチャー構造、断面台
形状、ピット構造）表面を形成するための条件の幅が広
くなり、当該所望の構造の表面の形成が容易になる。こ
れにより、かかる下地層を有する素子を歩留りよく製造
できる。

【００１７】堆積層はこれを二層以上設けることができ
る。基板の上に接して形成される第１の堆積層の上にII
I族窒化物系化合物半導体、好ましくはＡｌＮ又はＧａ
Ｎからなる中間層を形成し、この中間層の上に第２の堆
積層を形成し（これを繰返すことも可能）、この第２の
堆積層の上に下地層を形成する。第１の堆積層と第２の
堆積層とは同一の組成であっても、異なる組成であって
もよい。中間層の厚さも特に限定されるものではない。
複数の堆積層が形成される例として、特開平７−２６７
７９６号公報及び特開平９−１９９７５９号公報を参照
されたい。

【００１８】以上説明した例では、傾斜面をもつ下地層
の上にIII族窒化物系化合物半導体層を成長させ、このI
II族窒化物系化合物半導体層をそのまま素子機能層とす
る場合を想定して説明してきた。なお、このIII族窒化
物系化合物半導体層を中間層としてさらにその表面に歪
緩和のための傾斜面を有する第２の下地層を形成するこ
とも可能である（さらにこれを繰返すことも可能であ
る）。これにより、素子機能を有するIII族窒化物系化
合物半導体層の歪が更に緩和され、その結晶性が向上す
る。この中間層は、下地層の表面構造が反映された傾斜
面（テクスチャー構造等）のある表面を有するものであ
っても、フラットな表面を有するものであってもよい。

【００１９】

【実施例】次にこの発明の実施例について説明する。実
施例は発光ダイオード１０であり、その構成を図７に示
す。

【００２０】各層のスペックは次の通りである。 層 ： 組成：ドーパント （膜厚） 透光性電極１９ ｐ型クラッド層（兼コンタクト層）１８： ｐ−ＧａＮ:Ｍｇ （0.3μm） 発光層 １７ ： 超格子構造 量子井戸層 ： Ｉｎ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎ （35Å) バリア層 ： ＧａＮ （35Å） 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（兼コンタクト層）１６： ｎ−ＧａＮ：Ｓｉ （4μm） 下地層 １５ ： ＡｌＮ （1.5μm） 基板 １１ ： サファイア（ａ面） （350μm）

【００２１】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。量子井戸層はＩｎ
Ｎ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＩｎＡｌＮを含むＩｎＧａ
ＡｌＮであれば良く、バリア層は量子井戸層よりエネル
ギーギャップが大きいＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌ
Ｎ、ＡｌＧａＮを含むＩｎＧａＡｌＮであればよい。

【００２２】上記構成の発光ダイオードは次のようにし
て製造される。まず、ＭＯＣＶＤ装置の反応装置内へ水
素ガスを流通させながら当該サファイア基板を１１３０
℃まで昇温して表面をクリーニングする。その後、その
基板温度においてＴＭＡ及びＮＨ_３を導入してＡｌＮ製
の下地層１５をＭＯＣＶＤ法で成長させる。このとき、
ＴＭＡ：３０μｍｏｌ／分、ＮＨ _３：３ＳＬＭの条件で
流し、所定の膜厚を成長させることでＡｌＮ下地層１５
の表面は図１及び図２に示したテクスチャー構造とな
る。同様に、上記条件においてＮＨ_３の流量を１／２〜
１／３とすることにより、下地層１５の表面は図３に示
した断面台形状となる。同様に、上記条件においてＮＨ
_３の流量を１／４〜１／９とすることにより、下地層１
５の表面は図４に示したピット状となる。

【００２３】サファイア上に平坦なＡｌＮを成膜する条
件においては、特にＡｌＮの成膜初期においてＡｌＮが
ｃ軸方向（基板垂直方向）に成長する速度とｃ軸と垂直
方向（基板平行方向）に成長する速度とを比較すると、
後者の速度が十分大きい。従って、ＡｌＮは基板平行方
向に二次元的に成長をした後、基板垂直方向へ三次元的
に成長する。即ち、成長表面ではＡｌ原子とＮ原子とが
マイグレーションして均一な成長サイトを形成するのに
十分な時間がある。この条件に対してＮ量を増加させる
と特にＡｌ原子が適切なマイグレーションをする前に成
長表面の原子と結合してしまい、基板垂直方向の成長速
度が大きくなる。その結果、基板平行方向の成長が不均
一となってテクスチャー構造を作り出すことができる。
テクスチャー構造を形成する途中過程が断面台形状であ
り、ピット状であるといえる。なお、更にＮ量を増加さ
せるとグレイン成長となり、単結晶化しない。

【００２４】次に基板温度を維持した状態でｎ型クラッ
ド層１６を形成し、それ以降の第二のIII族窒化物系化
合物半導体層１７、１８を常法（ＭＯＣＶＤ法）に従い
形成する。この成長法においては、アンモニアガスとII
I族元素のアルキル化合物ガス、例えばトリメチルガリ
ウム（ＴＭＧ)、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）や
トリメチルインジウム（ＴＭＩ）とを適当な温度に加熱
された基板上に供給して熱分解反応させ、もって所望の
結晶を基板の上に成長させる。

【００２５】次に、Ｔｉ／Ｎｉをマスクとしてｐ型クラ
ッド層１８、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。

【００２６】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。

【００２７】図８に他の実施例の発光ダイオード３０を
示す。図７の例と同一の要素には同一の符号を付してそ
の説明を省略する。この実施例の発光ダイオード３０で
は、サファイア基板１１と下地層１５との間にＡｌＮ製
の堆積層３１が介在されている。各層のスペックは次の
通りである。 層 ： 組成：ドーパント （膜厚） 透光性電極１９ ｐ型クラッド層（兼コンタクト層）１８：ｐ−ＧａＮ:Ｍｇ （0.3μm） 発光層 １７： 超格子構造 量子井戸層 ： Ｉｎ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎ （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（兼コンタクト層）１６：ｎ−ＧａＮ：Ｓｉ （4μm） 下地層 ３５： ＡｌＮ （0.2μm） 堆積層３１： ＡｌＮ （15nm） 基板 １１： サファイア（ａ面） （350μm）

【００２８】上記構成の発光ダイオード３０は次のよう
にして製造される。まず、アルゴンガスのスパッタ装置
によりサファイア基板温度３００〜５００℃で窒素ガス
導入のアルミニウムターゲットによる反応性スパッタを
行う。このようにしてＡｌＮを堆積させたサファイア基
板をＭＯＣＶＤ装置へセットし、水素ガス、アンモニア
ガスを流通させながら当該基板を１１３０℃まで昇温す
る。その後、ＴＭＡ：３０μｍｏｌ／分、ＮＨ_３：３Ｓ
ＬＭの条件で流し、ＡｌＮ下地層３５を形成した。その
表面は、顕微鏡写真図９に示されるように、テクスチャ
ー構造となった。ｎクラッド層１６以降の層の形成方法
は図７のものと同様である。

【００２９】このようにして形成された実施例の発光ダ
イオード３０と、これから歪緩和の下地層３５を省略し
た比較例の発光ダイオード（周知構成のもの）との発光
出力フォトディレックタにより測定し比較をした（図１
０）。図１０において、実施例の発光ダイオード３０の
光出力を○、比較例の発光ダイオードの光出力を●で示
す。図１０より、実施例の発光ダイオード３０は比較例
に比べて高い光出力を達成することがわかる。これは、
下地層３５の存在により素子構造を構成するｎクラッド
層１６、発光層１７及びｐクラッド層１８中の歪が緩和
され、その結果各層の結晶性が向上したためと考えられ
る。

【００３０】以上、明細書では発光素子を例にとり説明
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。

【００３１】以下、次の事項を開示する。 （２１） 基板と、素子機能を有するIII族窒化物系化
合物半導体層と、前記基板と前記III族窒化物系化合物
半導体層との間に下地層とを有し、該下地層は断面山形
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。 （２２） 基板と、素子機能を有するIII族窒化物系化
合物半導体層と、前記基板と前記III族窒化物系化合物
半導体層との間に下地層とを有し、該下地層の表面には
凹凸が形成されており、前記下地層の表面において凹部
の占める面積割合が、平面投影面上で、５〜１００％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。 （２３） 前記下地層の表面において凹部の占める面積
割合が、平面投影面上で、３０〜１００％である、こと
を特徴とする（２２）に記載のIII族窒化物系化合物半
導体素子。 （２４） 前記下地層の表面において該傾斜面の占める
面積割合が、平面投影面上で、７０〜１００％である、
ことを特徴とする（２２）に記載のIII族窒化物系化合
物半導体素子。 （２５） 前記下地層は実質的な単結晶である、ことを
特徴とする（２１）〜（２４）のいずれかに記載のIII
族窒化物系化合物半導体素子。 （２６） 下地層はIII族窒化物系化合物半導体からな
り、該下地層はサファイア基板の上に形成されている、
ことを特徴とする（２５）に記載のIII族窒化物系化合
物半導体素子。 （２７） 前記下地層はＡｌＮからなる、ことを特徴と
する（２６）に記載のIII族窒化物系化合物半導体素
子。 （２８） 前記ＡｌＮ層の膜厚は０．２〜３．０μｍで
ある、ことを特徴とする（２７）に記載のIII族窒化物
系化合物半導体素子。 （２９） 前記ＡｌＮ層の膜厚は０．５〜１．５μｍで
ある、ことを特徴とする（２７）に記載のIII族窒化物
系化合物半導体素子。 （２９−１） 前記下地層と前記基板との間に堆積層が
介在される、ことを特徴とする（２０）〜（２９）のい
ずれかに記載のIII族窒化物系化合物半導体素子。 （３０） 前記下地層はシリコン単結晶からなる、こと
を特徴とする（２１）〜（２６）のいずれかに記載のII
I族窒化物系化合物半導体素子。 （４１） 基板と、素子機能を有するIII族窒化物系化
合物半導体層と、前記基板と前記III族窒化物系化合物
半導体層との間に下地層とを有し、該下地層の表面がテ
クスチャー構造である、ことを特徴とする積層体。 （４２） 基板と、素子機能を有するIII族窒化物系化
合物半導体層と、前記基板と前記III族窒化物系化合物
半導体層との間に下地層とを有し、該下地層の表面が断
面台形である、ことを特徴とする積層体。 （４３） 基板と、素子機能を有するIII族窒化物系化
合物半導体層と、前記基板と前記III族窒化物系化合物
半導体層との間に下地層とを有し、該下地層の表面がピ
ット状である、ことを特徴とする積層体。 （４４） 基板と、素子機能を有するIII族窒化物系化
合物半導体層と、前記基板と前記III族窒化物系化合物
半導体層との間に下地層とを有し、該下地層の表面には
傾斜が形成されており、前記下地層の表面において該傾
斜面の占める面積割合が、平面投影面上で、５〜１００
％である、ことを特徴とする積層体。 （４５） 前記下地層の表面において該傾斜面の占める
面積割合が、平面投影面上で、３０〜１００％である、
ことを特徴とする（４４）に記載の積層体。 （４６） 前記下地層の表面において該傾斜面の占める
面積割合が、平面投影面上で、７０〜１００％である、
ことを特徴とする（４４）に記載の積層体。 （４７） 前記下地層は実質的な単結晶である、ことを
特徴とする（４１）〜（４６）のいずれかに記載の積層
体。 （４８） 下地層はIII族窒化物系化合物半導体からな
り、該下地層はサファイア基板の上に形成されている、
ことを特徴とする（４７）に記載の積層体。 （４９） 前記下地層はＡｌＮからなる、ことを特徴と
する（４８）に記載の積層体。 （５０） 前記ＡｌＮ層の膜厚は０．２〜３．０μｍで
ある、ことを特徴とする（４９）に記載の積層体。 （５１） 前記ＡｌＮ層の膜厚は０．５〜１．５μｍで
ある、ことを特徴とする（４９）に記載の積層体。 （５１−１） 前記下地層と前記基板との間に堆積層が
介在される、ことを特徴とする（４０）〜（５１）のい
ずれかに記載の積層体 （５２） 前記下地層はシリコン単結晶からなる、こと
を特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の積層体。 （６１） 基板と、素子機能を有するIII族窒化物系化
合物半導体層と、前記基板と前記III族窒化物系化合物
半導体層との間に下地層とを有し、該下地層は断面山形
である、ことを特徴とする積層体。 （６２） 基板と、素子機能を有するIII族窒化物系化
合物半導体層と、前記基板と前記III族窒化物系化合物
半導体層との間に下地層とを有し、該下地層の表面には
凹凸が形成されており、前記下地層の表面において凹部
の占める面積割合が、平面投影面上で、５〜１００％で
ある、ことを特徴とする積層体。 （６３） 前記下地層の表面において凹部の占める面積
割合が、平面投影面上で、 ３０〜１００％であ
る、ことを特徴とする（６２）に記載の積層体。 （６４） 前記下地層の表面において該傾斜面の占める
面積割合が、平面投影面上で、７０〜１００％である、
ことを特徴とする（６２）に記載の積層体。 （６５） 前記下地層は実質的な単結晶である、ことを
特徴とする（６１）〜（６４）のいずれかに記載の積層
体。 （６６） 下地層はIII族窒化物系化合物半導体からな
り、該下地層はサファイア基板の上に形成されている、
ことを特徴とする（６５）に記載の積層体。 （６７） 前記下地層はＡｌＮからなる、ことを特徴と
する（６６）に記載の積層体。 （６８） 前記ＡｌＮ層の膜厚は０．２〜３．０μｍで
ある、ことを特徴とする（６７）に記載の積層体。 （６９） 前記ＡｌＮ層の膜厚は０．５〜１．５μｍで
ある、ことを特徴とする（６７）に記載の積層体。 （６９−１） 前記下地層と前記基板との間に堆積層が
介在される、ことを特徴とする（６１）〜（６９）のい
ずれかに記載の積層体。 （７０） 前記下地層はシリコン単結晶からなる、こと
を特徴とする（６１）〜（６６）のいずれかに記載の積
層体。 （８４） 基板と、素子機能を有するIII族窒化物系化
合物半導体層と、前記基板と前記III族窒化物系化合物
半導体層との間に形成される下地層と、前記下地層と基
板との間に形成される堆積層とを有し、前記下地層はII
I族窒化物系化合物半導体若しくは金属窒化物系化合物
半導体で形成されてその表面がテクスチャー構造、断面
台形状、若しくはピット状であり、前記堆積層はIII族
窒化物系化合物半導体で形成されている、ことを特徴と
する積層体。 （８５） 堆積層は二層以上形成され、第1の堆積層と
第２の堆積層との間に他のIII族窒化物系化合物半導体
層が介在される、ことを特徴とする（８４）に記載の積
層体。 （８６） 前記堆積層はＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦
１）からなり、前記下地層よりも低いかあるいは同等の
温度で形成されたものである、ことを特徴とする（８
４）又は（８５）に記載の積層体。 （８７） 前記堆積層は金属窒化物系化合物半導体から
なり、前記下地層よりも低いかあるいは同等の温度で形
成されたものである、ことを特徴とする（８４）又は
（８５）に記載の積層体。 （８８） 前記堆積層はＡｌＮからなる、ことを特徴と
する（８６）に記載の積層体。 （８９） 前記基板はサファイア製である、ことを特徴
とする（８４）〜（８８）のいずれかに記載の積層体。 （９０） 前記サファイア基板のａ面に前記堆積層が形
成されている、ことを特徴とする（８９）に記載のIII
族窒化物系化合物半導体素子。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はテクスチャー構造の下地層を示す断面図
である。

【図２】図２はテクスチャー構造の下地層を示す表面Ｓ
ＥＭ写真である。

【図３】図３は断面台形状の下地層を示す表面ＳＥＭ写
真である。

【図４】図４はピット状の下地層を示す表面ＳＥＭ写真
である。

【図５】図５は基板のそり量を示すグラフである。

【図６】図６は基板のそりを示す断面図である。

【図７】図７はこの発明の実施例の発光ダイオードを示
す。

【図８】図８は他の実施例の発光ダイオードを示す。

【図９】図９は図８の実施例の下地層の表面顕微鏡写真
である。

【図１０】図１０は図８の実施例発光ダイオードと比較
例の発光ダイオードの光出力を比較したグラフである。

【符号の説明】

１０、３０ 発光ダイオード １５、３５ 表面テクスチャー構造を有する層（下地
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 千代 敏明 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 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 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 AA11 AA40 CA34 CA40 CA46 CA64 5F073 CB05 EA07 EA29

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板と、 素子機能を有するIII族窒化物系化合物半導体層と、 前記基板と前記III族窒化物系化合物半導体層との間に
   下地層とを有し、該下地層の表面がテクスチャー構造で
   ある、ことを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体素
   子。
2. 【請求項２】 基板と、 素子機能を有するIII族窒化物系化合物半導体層と、 前記基板と前記III族窒化物系化合物半導体層との間に
   下地層とを有し、該下地層の表面が断面台形状である、
   ことを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体素子。
3. 【請求項３】 基板と、 素子機能を有するIII族窒化物系化合物半導体層と、 前記基板と前記III族窒化物系化合物半導体層との間に
   下地層とを有し、該下地層の表面がピット状である、こ
   とを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体素子。
4. 【請求項４】 基板と、 素子機能を有するIII族窒化物系化合物半導体層と、 前記基板と前記III族窒化物系化合物半導体層との間に
   下地層とを有し、該下地層の表面には傾斜が形成されて
   おり、前記下地層の表面において該傾斜面の占める面積
   割合が、平面投影面上で、５〜１００％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。
5. 【請求項５】 前記下地層の表面において該傾斜面の占
   める面積割合が、平面投影面上で、３０〜１００％であ
   る、ことを特徴とする請求項４に記載のIII族窒化物系
   化合物半導体素子。
6. 【請求項６】 前記下地層の表面において該傾斜面の占
   める面積割合が、平面投影面上で、７０〜１００％であ
   る、ことを特徴とする請求項４に記載のIII族窒化物系
   化合物半導体素子。
7. 【請求項７】 前記下地層は実質的な単結晶である、こ
   とを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のIII族
   窒化物系化合物半導体素子。
8. 【請求項８】 下地層はIII族窒化物系化合物半導体か
   らなり、該下地層はサファイア基板の上に形成されてい
   る、ことを特徴とする請求項７に記載のIII族窒化物系
   化合物半導体素子。
9. 【請求項９】 前記下地層はＡｌＮからなる、ことを特
   徴とする請求項８に記載のIII族窒化物系化合物半導体
   素子。
10. 【請求項１０】 前記ＡｌＮ層の膜厚は０．２〜３．０
    μｍである、ことを特徴とする請求項９に記載のIII族
    窒化物系化合物半導体素子。
11. 【請求項１１】 前記ＡｌＮ層の膜厚は０．５〜１．５
    μｍである、ことを特徴とする請求項９に記載のIII族
    窒化物系化合物半導体素子。
12. 【請求項１２】 前記下地層はシリコン単結晶からな
    る、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の
    III族窒化物系化合物半導体素子。
13. 【請求項１３】 前記下地層と前記基板との間に堆積層
    が介在される、ことを特徴とする請求項１〜１１のいず
    れかに記載のIII族窒化物系化合物半導体素子。
14. 【請求項１４】 基板と、 素子機能を有するIII族窒化物系化合物半導体層と、 前記基板と前記III族窒化物系化合物半導体層との間に
    形成される下地層と、 前記下地層と基板との間に形成される堆積層とを有し、
    前記下地層はIII族窒化物系化合物半導体で形成されて
    その表面がテクスチャー構造、断面台形状、若しくはピ
    ット状であり、前記堆積層はIII族窒化物系化合物半導
    体若しくは金属窒化物系化合物半導体で形成されてい
    る、ことを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体素
    子。
15. 【請求項１５】 堆積層は二層以上形成され、第1の堆
    積層と第２の堆積層との間に他のIII族窒化物系化合物
    半導体層が介在される、ことを特徴とする請求項１４に
    記載のIII族窒化物系化合物半導体素子。
16. 【請求項１６】 前記堆積層はＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０
    ≦ｘ≦１）からなり、前記下地層よりも低いかあるいは
    同等の温度で形成されたものである、ことを特徴とする
    請求項１４又は１５に記載のIII族窒化物系化合物半導
    体素子。
17. 【請求項１７】 前記堆積層は金属窒化物系化合物半導
    体からなり、前記下地層よりも低いかあるいは同等の温
    度で形成されたものである、ことを特徴とする請求項１
    ４又は１５に記載のIII族窒化物系化合物半導体素子。
18. 【請求項１８】 前記堆積層はＡｌＮからなる、ことを
    特徴とする請求項１６に記載のIII族窒化物系化合物半
    導体素子。
19. 【請求項１９】 前記基板はサファイア製である、こと
    を特徴とする請求項１４〜１８のいずれかに記載のIII
    族窒化物系化合物半導体素子。
20. 【請求項２０】 前記サファイア基板のａ面に前記堆積
    層が形成されている、ことを特徴とする請求項１９に記
    載のIII族窒化物系化合物半導体素子。