JP2002252177A - 半導体素子 - Google Patents

半導体素子

Info

Publication number
JP2002252177A
JP2002252177A JP2001266928A JP2001266928A JP2002252177A JP 2002252177 A JP2002252177 A JP 2002252177A JP 2001266928 A JP2001266928 A JP 2001266928A JP 2001266928 A JP2001266928 A JP 2001266928A JP 2002252177 A JP2002252177 A JP 2002252177A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor
underlayer
semiconductor device
substrate
buffer layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2001266928A
Other languages
English (en)
Other versions
JP4963763B2 (ja
Inventor
Tomohiko Shibata
智彦 柴田
Yukinori Nakamura
幸則 中村
Mitsuhiro Tanaka
光浩 田中
Keiichiro Asai
圭一郎 浅井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Insulators Ltd filed Critical NGK Insulators Ltd
Priority to JP2001266928A priority Critical patent/JP4963763B2/ja
Priority to US10/017,325 priority patent/US7067847B2/en
Publication of JP2002252177A publication Critical patent/JP2002252177A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4963763B2 publication Critical patent/JP4963763B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C30B25/18—Epitaxial-layer growth characterised by the substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • C30B29/403—AIII-nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • C30B29/403—AIII-nitrides
    • C30B29/406—Gallium nitride
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/0242—Crystalline insulating materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439—Materials
    • H01L21/02455—Group 13/15 materials
    • H01L21/02458—Nitrides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02494—Structure
    • H01L21/02496—Layer structure
    • H01L21/02502—Layer structure consisting of two layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02538—Group 13/15 materials
    • H01L21/0254—Nitrides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
    • H01L33/0066—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
    • H01L33/007—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound comprising nitride compounds

Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体発光素子などとして好適に使用すること
のできる、高い結晶性を有するＧａ系半導体層群を具え
た半導体素子を提供する。 【解決手段】サファイア基板などから構成される基板１
上に、Ｘ線ロッキングカーブにおける半値幅が９０秒以
下のＡｌＮ下地層２を形成する。次いで、ＡｌＮ下地層
２に、ＡｌｐＧａｑＩｎ１−ｐ−ｑＮ（０≦ｐ≦１，０
＜ｑ≦１）なる組成を有するバッファ層３を形成し、こ
のバッファ層３上に、ＧａＮ半導体層群４を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子に関
し、詳しくは発光ダイオードなどの半導体発光素子とし
て好適に用いることのできる、半導体素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、窒化ガリウム系化合物半導体（以
下、略して「ＧａＮ系半導体」という場合がある）は、
青色発光デバイスなどにおける発光層を構成する半導体
材料として注目を浴びている。前記ＧａＮ系半導体から
なる発光層は、Ｇａ供給原料としてトリメチルガリウム
などを用い、Ｎ供給原料としてアンモニアガスなどを用
い、ＭＯＣＶＤ法によりサファイア基板などの上に成膜
して、形成することが試みられていた。
【０００３】しかしながら、このようにして形成した前
記ＧａＮ系半導体からなる前記発光層は、その結晶性及
び表面モルフォルジーが極めて悪いために、実際的には
青色の光を発光することができないでいた。
【０００４】かかる問題を解決すべく、特開平４−２９
７０２３号公報において、サファイア基板とＧａＮ系半
導体からなる発光層との間に、ＧａａＡｌ１−ａＮ（０
＜ａ≦１）なる組成の窒化物半導体からなるバッファ層
を介在させ、これによって発光層の結晶性及び表面モル
フォルジーを改善させる試みがなされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方
法によっても、特に結晶性に優れた発光層を得ることが
できず、このため十分な発光効率を有する半導体発光素
子を得ることができないでいた。
【０００６】本発明は、半導体発光素子などとして好適
に使用することのできる、高い結晶性を有するＧａ系半
導体層群を具えた半導体素子を提供することを目的とす
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
本発明は、基板と、この基板上において、Ａｌを含み、
Ｘ線ロッキングカーブにおける半値幅が９０秒以下の第
１の窒化物半導体からなる下地層と、この下地層上にお
いて、第２の窒化物半導体からなるバッファ層と、この
バッファ層上において、Ｇａを含む第３の窒化物半導体
からなる半導体層群とを具え、前記半導体層群を構成す
る前記第３の窒化物半導体におけるＡｌ含有量が、前記
下地層を構成する前記第１の窒化物半導体におけるＡｌ
含有量よりも小さいことを特徴とする、半導体素子に関
する。
【０００８】本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意
検討を行った。その結果、基板とＧａを含む窒化物半導
体、すなわち、ＧａＮ系半導体からなる半導体層群との
間に、特開平４−２９７０２３号公報に記載の技術と同
様にして、上記要件を満足するバッファ層を設けるとと
もに、このバッファ層と前記基板との間に、上記要件を
満足する下地層を設けることにより、本発明の目的を達
成できることを見出した。
【０００９】バッファ層は、基板と半導体層群との格子
定数差を緩和するために、一般には５００〜７００℃の
低い温度において、低結晶性の下に形成される。したが
って、バッファ層上に目的とする半導体層群を形成した
場合、このバッファ層の緩衝効果によって、前記半導体
層群の結晶性はある程度までは改善される。しかしなが
ら、バッファ層自体の結晶性が低いために、目的とする
前記半導体層群自体もこの低結晶性を引き継ぎ、高い結
晶性を得ることができない。
【００１０】これに対して、本発明の半導体素子におい
ては、前記バッファ層と前記基板との間に、Ａｌを含む
窒化物半導体からなる高結晶性の下地層を介在させてい
る。したがって、上記のようなバッファ層が存在する場
合においても、目的とする半導体層群は、この下地層の
高い結晶性を引き継いで成長されるため、その結晶性を
大きく改善することができる。
【００１１】したがって、青色発光素子などとして好適
に用いることのできる、結晶性及び表面モルフォルジー
に優れたＧａ系半導体層群を有する半導体素子を提供す
ることができる。
【００１２】なお、ここでいう「Ｘ線ロッキングカーブ
の半値幅」とは、下地層を構成する第１の窒化物半導体
の（００２）面からの回折ピークにおける半値幅を意味
するものである。また、「半導体層群」とは、半導体素
子の具体的な構成に基づいて、単一の半導体層あるいは
複数の半導体層が積層されてなる多層構造を意味する。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明を発明の実施の形態
に即して詳細に説明する。図１は、本発明の半導体素子
の一例を示す断面図である。図１に示す半導体素子１０
は、基板１と、この基板１上に第１の窒化物半導体から
なる下地層２と、この下地層２上に形成された第２の窒
化物半導体からなるバッファ層３と、このバッファ層上
に形成された第３の窒化物半導体からなる半導体層群４
とを含む。上述したように、半導体層群４は、半導体素
子１０の具体的な構成に基づいて、単一の半導体層ある
いは複数の半導体層が積層されてなる多層構造から構成
される。
【００１４】前記第１の窒化物半導体は、本発明にした
がってＡｌを有することが必要である。一般には、Ａｌ
ｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（０＜ｘ≦１，０≦ｙ＜１）
なる組成式で表すことができる。また、必要に応じてＭ
ｇ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐ、又はＢなどの元素を
含有することもできる。さらに、意識的に添加した元素
に限らず、成膜条件等に依存して必然的に含まれる不純
物、並びに原料、反応管材質に含まれる微量不純物を含
む。そして、特には、Ａｌを５０原子％以上含有してい
ることが好ましく、さらにはＡｌの割合が１であってＡ
ｌＮなる組成を有することが好ましい。
【００１５】そして、下地層２は高い結晶性を有するこ
とが必要であり、そのＸ線ロッキングカーブにおける半
値幅が９０秒以下であることが要求される。さらに、Ｘ
線ロッキングカーブにおける半値幅が５０秒以下の高結
晶性を有することが好ましい。現状では、作製条件を制
御することによって、Ｘ線ロッキングカーブにおける半
値幅が３０秒程度の高結晶性下地層を得ることができ
る。
【００１６】前記第１の窒化物半導体からなる下地層２
は、Ａｌ供給原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭ
Ａ）又はトリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）などを用
い、窒素供給原料としてアンモニアなどを用いて、ＭＯ
ＣＶＤ法により基板１上に直接製造することができる。
また、厚膜化する際には、金属ＡｌあるいはＧａを塩化
水素系ガスを用いて輸送するＨＶＰＥ法を組み合わせる
こともできる。
【００１７】そして、その形成温度は１１００℃以上で
あることが好ましく、さらには１１００〜１２５０℃で
あることが好ましい。これによって、高結晶性の下地層
を簡易に形成することができる。
【００１８】これは、上述したバッファ層を形成する際
の温度５００〜７００℃と比べると、はるかに高い温度
である。
【００１９】なお、下地層２中にＧａ又はＩｎなどを含
有させる場合については、トリメチルガリウム（ＴＭ
Ｇ）又はトリメチルインジウム（ＴＭＩ）などのＧａ又
はＩｎ供給原料を用い、その所定量を上記ＴＭＡ及びア
ンモニアガスなどとともに基板上に供給し、目的とする
組成の前記第１の窒化物半導体からなる下地層２を作製
する。
【００２０】下地層２の厚さは、半導体層群４及びバッ
ファ層２の厚さ、並びにこれらの作製条件などに依存し
て最適な値は変化する。好ましくは、０．０１μｍ以上
であり、さらに好ましくは０．５〜１０００μｍであ
り、特に好ましくは０．８〜５μｍである。これによっ
て、結晶性に優れた半導体層群４を簡易に得ることがで
きる。
【００２１】下地層２は、半導体素子からの発熱の放出
を促進させる観点及び自身の結晶性を向上させることに
より半導体層４の結晶性を向上させる観点からは厚い方
が好ましく、成膜コストなどの観点からは薄い方が好ま
しい。また、下地層２が厚くなり過ぎると、クラックが
発生したり剥離が生じたりする場合がある。したがっ
て、特に上述した温度範囲の作製温度を選択し、高結晶
性の下地層２を得るには、上述したような膜厚の範囲に
設定する。
【００２２】基板１は、サファイア単結晶、ＺｎＯ単結
晶、ＬｉＡｌＯ２単結晶、ＬｉＧａＯ２単結晶、ＭｇＡ
ｌ２Ｏ４単結晶、ＭｇＯ単結晶などの酸化物単結晶、Ｓ
ｉ単結晶、ＳｉＣ単結晶などのIV族あるいはIV−IV族単
結晶、ＧａＡｓ単結晶、ＡｌＮ単結晶、ＧａＮ単結晶、
及びＡｌＧａＮ単結晶などの III−Ｖ族単結晶、ＺｒＢ
２などのホウ化物単結晶などの、公知の基板材料から構
成することができる。
【００２３】特に基板１をサファイア単結晶から構成す
る場合については、下地層２を形成すべき主面に対して
表面窒化処理を施すことが好ましい。前記表面窒化処理
は、前記サファイア単結晶基板をアンモニアなどの窒素
含有雰囲気中に配置し、所定時間加熱することによって
実施する。そして、窒素濃度や窒化温度、窒化時間を適
宜に制御することによって、前記主面に形成される窒化
層の厚さを制御する。
【００２４】このようにして表面窒化層が形成されたサ
ファイア単結晶からなる基板１を用いれば、その主面上
に直接的に形成される下地層２の結晶性をさらに向上さ
せることができる。さらに、より厚く、例えば上述した
好ましい厚さの上限値である５μｍまで、特別な成膜条
件を設定することなくクラックや剥離を生じることなく
簡易に厚くすることができる。
【００２５】すなわち、下地層２自体の結晶性向上と、
下地層２の膜厚が増大することによる結晶性向上との相
乗効果によって、Ｘ線ロッキングカーブの半値幅で５０
秒以下、さらには３０秒程度まで簡易に向上させること
ができる。また、下地層２の高結晶化に伴って、半導体
素子１０の主要部である半導体層群４の結晶性をさらに
向上させることができる。
【００２６】また、この場合において、III族窒化物下
地膜を形成する際の温度も、上記好ましい温度範囲にお
いて１２００℃以下、あるいは１１５０℃程度まで低減
しても、高結晶性の下地層２を簡易に形成することがで
きる。
【００２７】前記表面窒化層は、比較的に薄く、例えば
１ｎｍ以下に形成する、又は比較的厚く、例えば、前記
主面から１ｎｍの深さにおける窒素含有量が２原子％以
上となるように厚く形成することが好ましい。
【００２８】バッファ層３は、第２の窒化物半導体から
なることが必要である。その一般式は、ＡｌｐＧａｑＩ
ｎ１−ｐ−ｑＮ（０≦ｐ≦１，０≦ｑ≦１）で表すこと
ができ、必要に応じて上記添加元素を含有することもで
きる。
【００２９】そして、半導体層群４を構成する第３の窒
化物半導体のＡｌ含有量が、下地層２を構成する第１の
窒化物半導体のＡｌ含有量よりも小さいことが必要であ
る。これによって、下地層２からは半導体層群４に対し
て圧縮応力が作用するようになるため、半導体層群４に
おけるクラックの発生を効果的に抑制することができ
る。
【００３０】なお、バッファ層３は、下地層２及び半導
体層群４に比較して薄いため、上述したような応力の影
響を受けない。したがって、バッファ層３を構成する第
２の窒化物半導体は、下地層２を構成する第１の窒化物
半導体及び半導体層群４を構成する第３の窒化物半導体
に対する制約を受けることなく、バッファ層としての機
能を失わない限りにおいて、如何なる組成をも有するこ
とができる。
【００３１】下地層２の場合と同様の理由から、バッフ
ァ層３の厚さは０．００２〜０．５μｍであることが好
ましく、さらには０．００５〜０．１ｎｍであることが
好ましい。
【００３２】また、下地層２がＡｌを比較的多く含んだ
第１の窒化物半導体、例えば、ＡｌＮからなり、半導体
層群４がＧａを比較的多く含んだ第３の窒化物半導体、
例えば、ＧａＮからなる場合においては、両者の格子定
数差が極めて大きくなってしまう。この場合において、
特にバッファ層の厚さが小さいと、その作用効果を十分
に発揮することができずに、結晶性並びに表面モルフォ
ルジーに優れた半導体層群４を得ることができない場合
がある。
【００３３】したがって、この場合において、下地層２
を構成する第１の窒化物半導体中における組成がその厚
さ方向において、連続的又はステップ状に傾斜している
ことが好ましい。具体的には、Ａｌ含有量が基板１から
バッファ層３に向かって連続的又はステップ状に減少
し、これとは逆に、Ｇａ含有量が基板１からバッファ層
３に向かって連続的又はステップ状に増加するようにす
る。
【００３４】半導体層群４は、Ｇａを有し、いわゆるＧ
ａＮ系半導体である第３の窒化物半導体から構成され
る。この第３の窒化物半導体は、第１の窒化物半導体と
同様にＡｌ、Ｉｎ、及び他の添加元素を含むことができ
るが、ＧａＮなる組成を有することが好ましい。すなわ
ち、半導体層群４がＧａＮ半導体層である場合に、バッ
ファ層２及び下地層３を設けることによって、本発明の
効果を最大限に発揮することができる。
【００３５】なお、上述したように、半導体層群４は、
単一のＧａＮ半導体層である他、ｐ型あるいはｎ型の導
電性を付与したＧａＮ半導体層、又はＡｌやＩｎを含む
半導体層などを含む複数の半導体層から構成することが
できる。
【００３６】また、上述したような下地層２及びバッフ
ァ層３を設けることにより、Ｘ線ロッキングカーブにお
ける半値幅が２００秒以下、さらには１５０秒以下の、
良好な結晶性を有することができる。特に表面窒化層を
有するサファイア単結晶基板を用いた場合は、１５０秒
以下の高結晶性の半導体層群４を簡易に得ることができ
る。
【００３７】なお、この場合における半値幅について
も、半導体層群４を構成する第３の窒化物半導体の（０
０２）面からの回折ピークにおける半値幅を意味するも
のである。
【００３８】バッファ層３及び半導体層群４は、下地層
２の場合と同様にＭＯＣＶＤ法によって作製することが
できる。
【００３９】なお、図１に示す半導体素子１０の全体を
ＭＯＣＶＤ法によって作製する場合、下地層２の成膜
と、半導体層群４の成膜とを別バッチで行う場合があ
る。この場合、下地層２は形成後において一旦大気に晒
されるため、その表面に薄い酸化膜が形成される場合が
ある。
【００４０】したがって、半導体層群４を形成するバッ
チにおいて、半導体層群４を形成する以前にバッファ層
３をキャップ層として形成しておくことにより、上記酸
化膜の影響を低減し、半導体層群４の結晶性劣化を抑制
することができる。この場合において、前記キャップ層
の一部あるいは総てをエッチングすることも可能であ
り、その後においてバッファ層３を再成長させることも
可能である。
【００４１】
【実施例】基板としてｃ面サファイア基板を用い、これ
を反応管内に設置されたサセプタ上に載置した後、吸引
固定した。次いで、水素キャリアガスを供給しながら、
前記ｃ面サファイア基板を１１５０℃まで加熱した。
【００４２】そして、アンモニアガスを水素キャリアガ
スとともに５分間流し、前記ｃ面サファイア基板の主面
を窒化させた。なお、ＥＳＣＡによる分析の結果、この
表面窒化処理によって、前記主面には窒化層が形成され
ており、前記主面から深さ１ｎｍにおける窒素含有量が
７原子％であることが判明した。
【００４３】次いで、Ａｌ供給原料としてＴＭＡを用
い、Ｎ供給原料としてアンモニアガスを用い、アンモニ
アガスからなるＶ族供給原料と、ＴＭＡからなるIII族
供給原料との比（Ｖ／III比）が４５０、圧力が１５Ｔ
ｏｒｒとなるようにして前記反応管内に導入するととも
に、前記基板上に供給し、厚さ１μｍのＡｌＮ下地層を
形成した。
【００４４】このＡｌＮ下地層の結晶性をＸ線ロッキン
グカーブで評価したところ、半値幅が９０秒以下であ
り、結晶性に優れた高品質な膜であることが判明した。
また、表面平坦性を評価したところ、５μｍ範囲におけ
るＲａが２Åであり、極めて平坦な表面を有することが
確認された。
【００４５】その後、反応圧力を大気圧とし、前記基板
の温度を６００℃にするとともに、前記ＴＭＡ及び前記
アンモニアガスに加えて、ＴＭＧを（Ｖ／III比）が、
３０００となるようにして前記反応管内に導入するとと
もに、前記基板上に供給して、厚さ０．０２μｍのＧａ
Ｎバッファ層を形成した。
【００４６】その後、基板を１０５０℃に加熱し、ＴＭ
Ｇとアンモニアガスとを（Ｖ／III比）が３０００とな
るようにして前記基板上に供給し、ＧａＮ半導体膜を厚
さ２μｍに形成した。
【００４７】このＧａＮ半導体膜の結晶性をＸ線ロッキ
ングカーブで評価したところ、半値幅が１５０秒以下で
あり、結晶性に優れた高品質な膜であることが判明し
た。したがって、本実施例によって得た半導体素子は、
ＧａＮ系青色発光素子として好適に用いることができ
る。
【００４８】（比較例）ＡｌＮ下地層を形成しない以
外、上記実施例と同様にして半導体素子を作製した。こ
のときのＧａＮ半導体層の結晶性をＸ線ロッキングカー
ブによって測定したところ、半値幅は３００秒であり、
上記実施例によって形成したＧａＮ半導体層と比較して
著しく結晶性に劣ることが判明した。
【００４９】以上、具体例を挙げながら、発明の実施の
形態に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記発明の
実施に形態に限定されるものではなく、本発明の範疇を
逸脱しない範囲であらゆる変更や変形が可能である。例
えば、半導体層群のさらなる高結晶化の目的で、その半
導体層群を構成する半導体層間、あるいは半導体層群と
バッファ層との界面などにひずみ超格子などの多層膜構
造を挿入することもできる。
【００５０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
青色発光素子などとして好適に使用することのできる、
結晶性に優れたＧａ系半導体層群を有する半導体素子を
簡易に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体発光素子の一例を示す断面図で
ある。
【符号の説明】
１ 基板、２ 下地層、３ バッファ層、４ 半導体層
群、１０ 半導体素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 光浩 愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日 本碍子株式会社内 (72)発明者 浅井 圭一郎 愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日 本碍子株式会社内 Ｆターム(参考） 4K030 AA11 AA13 BA38 BB12 CA05 DA02 FA10 JA01 JA10 LA14 5F041 AA40 CA40 CA60 CA65 5F045 AA04 AB09 AB14 AB18 AD15 AD16 AF09 BB12 CA11 DA53 DA57 EE12

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】基板と、この基板上において、Ａｌを含
    み、Ｘ線ロッキングカーブにおける半値幅が９０秒以下
    の第１の窒化物半導体からなる下地層と、この下地層上
    において、第２の窒化物半導体からなるバッファ層と、
    このバッファ層上において、Ｇａを含む第３の窒化物半
    導体からなる半導体層群とを具え、前記半導体層群を構
    成する前記第３の窒化物半導体におけるＡｌ含有量が、
    前記下地層を構成する前記第１の窒化物半導体における
    Ａｌ含有量よりも小さいことを特徴とする、半導体素
    子。
  2. 【請求項２】前記バッファ層を構成する前記第２の窒化
    物半導体におけるＧａ含有量が、前記半導体層群を構成
    する前記第３の窒化物半導体におけるＧａ含有量以下で
    あることを特徴とする、請求項１に記載の半導体素子。
  3. 【請求項３】前記下地層を構成する前記第１の窒化物半
    導体におけるＡｌ含有量が、５０原子％以上であること
    を特徴とする、請求項１又は２に記載の半導体素子。
  4. 【請求項４】前記下地層を構成する前記第１の窒化物半
    導体は、ＡｌＮであることを特徴とする、請求項３に記
    載の半導体素子。
  5. 【請求項５】前記下地層は、ＭＯＣＶＤ法により１１０
    ０℃以上の温度で形成されたことを特徴とする、請求項
    １〜４のいずれか一に記載の半導体素子。
  6. 【請求項６】前記下地層は、ＭＯＣＶＤ法により１１０
    ０℃〜１２５０℃の温度で形成されたことを特徴とす
    る、請求項５に記載の半導体素子。
  7. 【請求項７】前記下地層の厚さが、０．５〜１０００μ
    ｍであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一
    に記載の半導体素子、
  8. 【請求項８】前記基板はサファイア単結晶からなり、前
    記下地層は前記サファイア単結晶の、表面窒化処理が施
    された主面上に形成されていることを特徴とする、請求
    項１〜７のいずれか一に記載の半導体素子。
  9. 【請求項９】前記バッファ層の厚さが、０．００２〜
    ０．５μｍであることを特徴とする、請求項１〜８のい
    ずれか一に記載の半導体素子。
  10. 【請求項１０】前記下地層を構成する前記第１の窒化物
    半導体中のＡｌ含有量が、前記基板側から前記バッファ
    層側に向かって連続的又はステップ状に減少しているこ
    とを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一に記載の半
    導体素子。
  11. 【請求項１１】前記半導体層群は、ＧａＮからなる半導
    体層を含むことを特徴とする、請求項１〜１０のいずれ
    か一に記載の半導体素子。
  12. 【請求項１２】前記半導体層群のＸ線ロッキングカーブ
    における半値幅が、１５０秒以下であることを特徴とす
    る、請求項１〜１１のいずれか一に記載の半導体素子。
  13. 【請求項１３】請求項１〜１２のいずれか一に記載の半
    導体素子を具えることを特徴とする、フォトニックデバ
    イス。
JP2001266928A 2000-12-21 2001-09-04 半導体素子 Expired - Lifetime JP4963763B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001266928A JP4963763B2 (ja) 2000-12-21 2001-09-04 半導体素子
US10/017,325 US7067847B2 (en) 2000-12-21 2001-12-14 Semiconductor element

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000388304 2000-12-21
JP2000-388304 2000-12-21
JP2000388304 2000-12-21
JP2001266928A JP4963763B2 (ja) 2000-12-21 2001-09-04 半導体素子

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002252177A true JP2002252177A (ja) 2002-09-06
JP4963763B2 JP4963763B2 (ja) 2012-06-27

Family

ID=26606238

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001266928A Expired - Lifetime JP4963763B2 (ja) 2000-12-21 2001-09-04 半導体素子

Country Status (2)

Country Link
US (1) US7067847B2 (ja)
JP (1) JP4963763B2 (ja)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004200578A (ja) * 2002-12-20 2004-07-15 Ngk Insulators Ltd エピタキシャル基板及びサファイア単結晶基材
JP2004235170A (ja) * 2002-12-05 2004-08-19 Ngk Insulators Ltd 半導体積層構造及びｉｉｉ族窒化物層群の転位低減方法
JP2004247493A (ja) * 2003-02-13 2004-09-02 Ngk Insulators Ltd エピタキシャル基板、半導体積層構造及びｉｉｉ族窒化物層群の転位低減方法
JP2005347494A (ja) * 2004-06-02 2005-12-15 Sumitomo Electric Ind Ltd 半導体装置を製造する方法、および半導体装置
JP2006093584A (ja) * 2004-09-27 2006-04-06 ▲さん▼圓光電股▲ふん▼有限公司 窒化物エピタキシャル層構造とその製造方法
WO2006117902A1 (ja) * 2005-04-26 2006-11-09 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Iii族窒化物半導体素子およびエピタキシャル基板
JP2008041709A (ja) * 2006-08-01 2008-02-21 National Institute For Materials Science 素子基板とその製造方法
JP2009054767A (ja) * 2006-10-10 2009-03-12 Showa Denko Kk Ｉｉｉ族窒化物半導体の積層構造及びその製造方法と半導体発光素子とランプ
KR101042417B1 (ko) 2007-07-04 2011-06-16 쇼와 덴코 가부시키가이샤 Ⅲ족 질화물 반도체 발광 소자 및 그의 제조 방법, 및 램프
US8044430B2 (en) 2006-01-18 2011-10-25 Panasonic Corporation Nitride semiconductor light-emitting device comprising multiple semiconductor layers having substantially uniform N-type dopant concentration

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4327339B2 (ja) * 2000-07-28 2009-09-09 独立行政法人物質・材料研究機構 半導体層形成用基板とそれを利用した半導体装置
JP2004043281A (ja) * 2002-05-16 2004-02-12 Ngk Insulators Ltd エピタキシャル基板
KR100504180B1 (ko) * 2003-01-29 2005-07-28 엘지전자 주식회사 질화물 화합물 반도체의 결정성장 방법
JP2005136200A (ja) * 2003-10-30 2005-05-26 Univ Nagoya 窒化物半導体結晶層の作製方法、窒化物半導体結晶層、及び窒化物半導体結晶層作製用の基材
JP2005252069A (ja) * 2004-03-05 2005-09-15 Tdk Corp 電子デバイス及びその製造方法
US20140017840A1 (en) * 2004-03-11 2014-01-16 Epistar Corporation Nitride-based light-emitting device
US9524869B2 (en) 2004-03-11 2016-12-20 Epistar Corporation Nitride-based semiconductor light-emitting device
US20060049401A1 (en) * 2004-09-08 2006-03-09 Tzu-Chi Wen Nitride epitaxial layer structure and method of manufacturing the same
JP5023318B2 (ja) * 2005-05-19 2012-09-12 国立大学法人三重大学 ３−５族窒化物半導体積層基板、３−５族窒化物半導体自立基板の製造方法、及び半導体素子
JP2009076694A (ja) * 2007-09-20 2009-04-09 Panasonic Corp 窒化物半導体装置およびその製造方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0541541A (ja) * 1991-08-05 1993-02-19 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 半導体発光素子及びその作製方法
JPH0964477A (ja) * 1995-08-25 1997-03-07 Toshiba Corp 半導体発光素子及びその製造方法
JPH0983016A (ja) * 1995-09-18 1997-03-28 Nichia Chem Ind Ltd 窒化物半導体の成長方法
JP2000031588A (ja) * 1998-07-08 2000-01-28 Toshiba Corp 半導体素子
JP2001135854A (ja) * 1999-11-05 2001-05-18 Toyoda Gosei Co Ltd Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体素子

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3448450B2 (ja) * 1996-04-26 2003-09-22 三洋電機株式会社 発光素子およびその製造方法
JP3349931B2 (ja) * 1997-10-30 2002-11-25 松下電器産業株式会社 半導体レーザ装置の製造方法
JP4352473B2 (ja) * 1998-06-26 2009-10-28 ソニー株式会社 半導体装置の製造方法
KR20010029852A (ko) * 1999-06-30 2001-04-16 도다 다다히데 Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 소자 및 그 제조방법
US6455877B1 (en) * 1999-09-08 2002-09-24 Sharp Kabushiki Kaisha III-N compound semiconductor device
JP3888668B2 (ja) * 2000-12-28 2007-03-07 日本碍子株式会社 半導体発光素子

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0541541A (ja) * 1991-08-05 1993-02-19 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 半導体発光素子及びその作製方法
JPH0964477A (ja) * 1995-08-25 1997-03-07 Toshiba Corp 半導体発光素子及びその製造方法
JPH0983016A (ja) * 1995-09-18 1997-03-28 Nichia Chem Ind Ltd 窒化物半導体の成長方法
JP2000031588A (ja) * 1998-07-08 2000-01-28 Toshiba Corp 半導体素子
JP2001135854A (ja) * 1999-11-05 2001-05-18 Toyoda Gosei Co Ltd Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体素子

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004235170A (ja) * 2002-12-05 2004-08-19 Ngk Insulators Ltd 半導体積層構造及びｉｉｉ族窒化物層群の転位低減方法
JP2004200578A (ja) * 2002-12-20 2004-07-15 Ngk Insulators Ltd エピタキシャル基板及びサファイア単結晶基材
JP4671580B2 (ja) * 2002-12-20 2011-04-20 日本碍子株式会社 エピタキシャル基板及び半導体素子
JP2004247493A (ja) * 2003-02-13 2004-09-02 Ngk Insulators Ltd エピタキシャル基板、半導体積層構造及びｉｉｉ族窒化物層群の転位低減方法
JP4513422B2 (ja) * 2004-06-02 2010-07-28 住友電気工業株式会社 半導体装置を製造する方法
JP2005347494A (ja) * 2004-06-02 2005-12-15 Sumitomo Electric Ind Ltd 半導体装置を製造する方法、および半導体装置
JP2006093584A (ja) * 2004-09-27 2006-04-06 ▲さん▼圓光電股▲ふん▼有限公司 窒化物エピタキシャル層構造とその製造方法
WO2006117902A1 (ja) * 2005-04-26 2006-11-09 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Iii族窒化物半導体素子およびエピタキシャル基板
US7763892B2 (en) 2005-04-26 2010-07-27 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Group III nitride semiconductor device and epitaxial substrate
US8044430B2 (en) 2006-01-18 2011-10-25 Panasonic Corporation Nitride semiconductor light-emitting device comprising multiple semiconductor layers having substantially uniform N-type dopant concentration
JP2008041709A (ja) * 2006-08-01 2008-02-21 National Institute For Materials Science 素子基板とその製造方法
JP2009054767A (ja) * 2006-10-10 2009-03-12 Showa Denko Kk Ｉｉｉ族窒化物半導体の積層構造及びその製造方法と半導体発光素子とランプ
KR101042417B1 (ko) 2007-07-04 2011-06-16 쇼와 덴코 가부시키가이샤 Ⅲ족 질화물 반도체 발광 소자 및 그의 제조 방법, 및 램프
US8674398B2 (en) 2007-07-04 2014-03-18 Toyoda Gosei Co., Ltd. Group III nitride semiconductor light emitting device and production method thereof, and lamp

Also Published As

Publication number Publication date
US7067847B2 (en) 2006-06-27
US20020125491A1 (en) 2002-09-12
JP4963763B2 (ja) 2012-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2002252177A (ja) 半導体素子
US8882910B2 (en) AlGaN substrate and production method thereof
TW423189B (en) Manufacturing method for nitride semiconductor device
WO2009154129A1 (ja) Iii族窒化物半導体発光素子及びその製造方法、並びにランプ
JP2002222771A (ja) Ｉｉｉ族窒化物膜の製造方法、ｉｉｉ族窒化物膜の製造用下地膜、及びその下地膜の製造方法
JP3656606B2 (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体結晶の製造方法
JP3768943B2 (ja) Ｉｉｉ族窒化物エピタキシャル基板、ｉｉｉ族窒化物素子用エピタキシャル基板及びｉｉｉ族窒化物素子
JP3954335B2 (ja) Ｉｉｉ族窒化物多層膜
JPH11135889A (ja) 結晶成長用基板及びそれを用いた発光装置
JP2018065733A (ja) 半導体基板、半導体発光素子および灯具
JP3080155B2 (ja) 窒化ガリウム半導体層を有する半導体装置及びその製造方法
JP2007109713A (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子
JP2002176197A (ja) フォトニックデバイス用基板およびその製造方法
TW201543548A (zh) 半導體基板、半導體基板的製造方法以及半導體裝置
JP2002176196A (ja) フォトニックデバイスおよびその製造方法
US20090140286A1 (en) Production Method of Group III Nitride Semiconductor Element
JP5105738B2 (ja) 窒化ガリウム系化合物半導体積層物の製造方法
JP4284944B2 (ja) 窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法
JP4222287B2 (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体結晶の製造方法
JP3941449B2 (ja) Ｉｉｉ族窒化物膜
JP3642199B2 (ja) 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法
JP2006128653A (ja) ３−５族化合物半導体、その製造方法及びその用途
WO2020075849A1 (ja) 半導体成長用基板、半導体素子、半導体発光素子および半導体素子製造方法
JP2012227479A (ja) 窒化物半導体素子形成用ウエハ、窒化物半導体素子形成用ウエハの製造方法、窒化物半導体素子、および窒化物半導体素子の製造方法
US6828169B2 (en) Method of forming group-III nitride semiconductor layer on a light-emitting device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080520

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110120

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110125

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120110

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120309

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120327

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120327

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 4963763

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150406

Year of fee payment: 3

S201 Request for registration of exclusive licence

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R314201

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

EXPY Cancellation because of completion of term