JP2003008061A

JP2003008061A - 窒化物半導体の製造方法

Info

Publication number: JP2003008061A
Application number: JP2001191227A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiko Sawaki; 宣彦澤木; Yoshio Honda; 善央本田; Norikatsu Koide; 典克小出
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2001-06-25
Filing date: 2001-06-25
Publication date: 2003-01-10
Anticipated expiration: 2021-06-25
Also published as: JP3785059B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高品質な窒化物半導体を提供する。【解決手段】窒化物半導体の製造方法は、表面１ｆ近
傍に周期律表第ＩＩＩＢ族元素を含むシリコン基板１を
準備する工程と、シリコン基板１の表面にガリウムと窒
素とを供給してガリウムを含有する酸化物半導体として
の第１のクラッド層２をシリコン基板１の表面１ｆ上に
成長させる工程とを備える。シリコン基板１はｎ型の不
純物を含む。シリコン基板１の表面１ｆ近傍にドープさ
れた周期律表第３Ｂ族元素の濃度は１０¹⁷ｃｍ^-3以上１
０²⁰ｃｍ^-3以下である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、窒化物半導体の
製造方法に関し、特に、シリコン基板上に形成された窒
化物半導体発光素子の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化イ
ンジウム（ＩｎＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）およ
びそれらの混晶半導体からなる窒化物半導体を用いて、
サファイア基板、窒化ガリウム基板もしくは炭化ケイ素
（ＳｉＣ）基板上に発光素子が作製されている。特に、
Ｉｎ_XＧａ_1-XＮで組成式が表わされる結晶を発光層とし
て用いることで、高輝度の発光を得ることができる。

【０００３】シリコン基板は、上述のサファイア基板な
どに比べ、安価で高品質であり、しかも大きな面積のも
のが得られるため、このシリコン基板上に窒化物半導体
の発光素子を形成することにより、上述の基板を用いた
場合に比べてより安価に発光素子を作製できることが期
待される。このような技術の一例として、たとえばシリ
コン基板上に窒化物半導体を作製する技術が開示されて
いる。この技術では、シリコン基板上にガリウムを中間
層として形成し、その上に窒化物半導体層を成長させ発
光素子としている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
技術でシリコン基板上に窒化物半導体を形成した場合
に、平坦な窒化物半導体を得ることが困難であるという
問題があった。さらに、得られた結晶の品質が低下しや
すいという問題があった。

【０００５】そこで、この発明は上述のような問題点を
解決するためになされたものであり、シリコン基板の上
に形成された、高品質な窒化物半導体の製造方法を提供
することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、従来の技術
において、シリコン基板上に形成される窒化物半導体の
品質が低下する原因を調べた結果、窒化物半導体中のガ
リウムがシリコン基板へ異常拡散することにより、窒化
物半導体素子の品質が低下することがわかった。

【０００７】本発明者の知見について詳細に説明する。
シリコン基板上に、ガリウムを含む窒化物半導体、たと
えば窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化ガリウムアルミニウ
ム（ＧａＡｌＮ）、窒化インジウムガリウムアルミニウ
ム（ＩｎＧａＡｌＮ）を成長しても、平坦な結晶成長膜
を得ることが非常に困難である。このようにして成長し
た窒化物半導体とシリコン基板との界面付近を詳細に観
察すると、単に窒化物半導体の表面が荒れているだけで
なく、シリコン基板の表面自体も荒れている。これは、
結晶成長中にシリコン基板表面が徐々に荒れてきている
ものと考えられる。

【０００８】図８は、従来の窒化物半導体の断面図であ
る。図８を参照して、従来の窒化物半導体では、シリコ
ン基板１の表面１ｆ上に、中間層として窒化アルミニウ
ム層１００を形成する。窒化アルミニウム層１００上
に、窒化ガリウムからなる窒化物半導体層２００を形成
する。

【０００９】窒化物半導体層２００内には多くのガリウ
ムが存在し、そのうちの一部のガリウムが矢印２００ａ
で示す方向にシリコン基板１側へ拡散する。これによ
り、窒化物半導体層２００内でガリウムが少なくなり、
窒化物半導体の品質が低下するという問題があった。

【００１０】すなわち、図８で示すように、窒化物半導
体層２００を成長させる際に、シリコン基板１に向かっ
てガリウム元素が不均一に拡散する。この拡散により、
シリコン基板１の表面が荒れ、窒化物半導体の品質が低
下する。

【００１１】このような、結晶成長中のシリコン基板の
表面荒れを抑制する手法について種々検討した結果、予
めシリコン基板に周期律表第ＩＩＩＢ族元素（以下、Ｉ
ＩＩＢ族元素という）を均一にドーピングすれば、この
荒れを防止でき、これにより、得られたガリウムを含む
窒化物半導体の膜の表面の平坦性、結晶品質を向上させ
ることができることが判明した。

【００１２】この事実より、上述の問題点の原因を推測
すると、シリコン基板上にガリウムを含む窒化物半導体
の結晶成長を行なうと、結晶成長中に窒化物半導体を構
成すべきＩＩＩＢ族元素、特にガリウムが拡散する。ま
た、シリコン基板の熱膨張係数が窒化物半導体の熱膨張
係数と異なるため、結晶成長時に生じる熱応力により、
窒化物半導体の結晶成長時にシリコン基板への局所的な
ガリウムの拡散（異常拡散）が起こりやすくなるものと
考えられる。

【００１３】図１は、この発明の原理を説明するために
示す窒化物半導体の断面図である。図１を参照して、こ
の発明に従った窒化物半導体の製造方法では、表面１ｆ
近傍に、周期律表第ＩＩＩＢ族元素としてのガリウムを
含有するＩＩＩＢ族含有層１ｂが形成されたシリコン基
板１を準備する。「表面近傍」とは、表面１ｆからの深
さが約２０ｎｍ程度の領域をいい、この領域にＩＩＩＢ
族含有層１ｂが形成されている。シリコン基板１の表面
１ｆ上に中間層としての窒化アルミニウム層１００を形
成する。窒化アルミニウム層１００上に窒化物半導体と
しての窒化物半導体層２００を形成する。窒化物半導体
層２００を形成する際には、シリコン基板１の表面１ｆ
近傍にＩＩＩＢ族含有層１ｂが形成されているため、窒
化カリウム層中のガリウムがシリコン基板１側へ拡散す
ることを防止できる。

【００１４】本発明では、シリコン基板１の表面に予め
ＩＩＩＢ族元素がドープされたＩＩＩＢ族含有層１ｂが
形成されているため、窒化物半導体層２００を成長させ
る際に窒化物半導体層２００からガリウムが拡散するこ
とが抑制される。また、たとえ若干は拡散しても、シリ
コン基板１側に均一に広がっていくことによって、上述
の問題点を解決する。

【００１５】本発明の方法に従えば、シリコン基板と窒
化物半導体層２００との界面近傍でシリコンとＩＩＩＢ
族元素の共晶が形成されて拡散を抑制しているとも考え
られるが、この点については詳細は不明である。

【００１６】なお、本明細書中において、窒化物半導体
とは、ＶＢ族元素が窒素（Ｎ）であるＩＩＩ−Ｖ族半導
体であり、任意組成のＢＡｌＧａＩｎＳｂＮを含む他、
窒素の一部（ＶＢ族元素のうちの２０％以下）がヒ素
（Ａｓ）、リン（Ｐ）に置き換わったものも含む。これ
らを用いた場合でも、同様の効果を奏する。

【００１７】このような知見に基づいてなされた、この
発明の１つの局面に従った窒化物半導体の製造方法は、
少なくとも表面近傍に周期律表第ＩＩＩＢ族元素を含む
シリコン基板を準備する工程と、シリコン基板の表面上
にガリウムと窒素とを供給してガリウムを含有する窒化
物半導体をシリコン基板の表面上に形成する工程とを備
える。

【００１８】このような工程を備えた窒化物半導体の製
造方法に従えば、シリコン基板の表面には、周期律表第
ＩＩＩＢ族元素が予め含まれる。その表面上にガリウム
を含有する窒化物半導体を成長させるため、窒化物半導
体中のガリウムが、シリコン基板表面側ヘ拡散すること
を防止することができる。その結果、品質の高い窒化物
半導体を提供することができる。

【００１９】また好ましくは、シリコン基板はｎ型の不
純物を含む。また好ましくは、シリコン基板の表面近傍
に含まれる周期律表第ＩＩＩＢ族元素の濃度は１０¹⁷ｃ
ｍ^-3以上１０²⁰ｃｍ^-3以下である。

【００２０】周期律表第ＩＩＩＢ族元素の濃度が１０¹⁷
ｃｍ^-3未満であれば、シリコン基板表面近傍の周期律表
第ＩＩＩＢ族元素の濃度が小さくなり、ガリウムの拡散
を抑制する効果が小さくなる。周期律表第ＩＩＩＢ族元
素の濃度が１０²⁰ｃｍ^-3を超えると、周期律表第ＩＩＩ
Ｂ族元素の割合は大きくなり、シリコン基板の表面が荒
れる。そのため、その上に形成された窒化物半導体の品
質が低下する。

【００２１】また好ましくは、窒化物半導体をシリコン
基板の表面上に形成する工程に先立って、シリコン基板
の表面に、組成式がＧａ_XＴ_1-XＮ（０≦Ｘ≦０．２、Ｔ
はガリウムおよびボロン以外の周期律表第ＩＩＩＢ族元
素）で表わされる中間層を形成する工程をさらに備え
る。この場合、中間層が、シリコン基板と窒化物半導体
との間に介在することで、ガリウムの拡散をさらに効果
的に抑制することができる。

【００２２】この発明の別の局面に従った窒化物半導体
の製造方法は、少なくともシリコン基板の表面近傍に周
期律表第ＩＩＩＢ族元素をドープする工程と、周期律表
第ＩＩＩＢ族元素がドープされたシリコン基板の表面上
にガリウムと窒素とを供給してガリウムを含有する窒化
物半導体をシリコン基板の表面上に成長させる工程とを
備える。

【００２３】このような工程を備えた窒化物半導体の製
造方法に従えば、シリコン基板の表面には、周期律表第
ＩＩＩＢ族元素がドープされる。その表面上にガリウム
を含有する窒化物半導体を成長させるため、窒化物半導
体中のガリウムが、シリコン基板表面側ヘ拡散すること
を防止することができる。その結果、品質の高い窒化物
半導体を提供することができる。

【００２４】また好ましくは、シリコン基板の表面近傍
に周期律表第ＩＩＩＢ族元素をドープする工程は、シリ
コン基板の表面に周期律表第ＩＩＩＢ族元素を含む有機
金属を供給する工程、シリコン基板に周期律表第ＩＩＩ
Ｂ族元素を含むイオンを注入する工程および拡散法によ
り周期律表第ＩＩＩＢ族元素をドープする工程からなる
群より選ばれたいずれかの工程により行なわれる。

【００２５】また好ましくは、周期律表第ＩＩＩＢ族元
素は、アルミニウム、インジウム、ガリウムおよびボロ
ンからなる群より選ばれた少なくとも１種を含む。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて、図面を参照して説明する。

【００２７】（実施の形態１)図２は、この発明に従っ
て製造された窒化物半導体を有する半導体装置の断面図
である。図２を参照して、半導体装置は、シリコン基板
１と、シリコン基板１の表面１ｆに形成された、中間層
としてのｎ型のＡｌＩｎＮ中間層１０と、ＡｌＩｎＮ中
間層１０上に形成された、窒化物半導体としてのｎ型の
ＧａＩｎＮからなる第１のクラッド層２と、第１のクラ
ッド層２上に形成されたＩｎ_XＧａ_1-XＮからなる発光層
３と、発光層３上に形成されたｐ型のＡｌＧａＩｎＮか
らなるキャリアブロック層４と、キャリアブロック層４
上に形成されたｐ型のＧａＮからなる第２のクラッド層
５が順に積層された構造を有する。

【００２８】シリコン基板１にはｎ型の不純物としての
アンチモン（Ｓｂ）がドープされ、その濃度は１０²⁰ｃ
ｍ^-3である。表面１ｆからの深さが２０ｎｍの所にまで
アルミニウム、インジウムまたはガリウムのいずれかが
ドープされてＩＩＩＢ族含有層が形成されており、その
濃度は１０¹⁹ｃｍ^-3である。

【００２９】さらに、シリコン基板１の下面には、ボン
ディング電極１５が形成され、第２のクラッド層５の上
面には透明電極１６が設けられている。透明電極１６の
上面の一部には、ボンディング電極１７が設けられてい
る。

【００３０】ここで、Ｉｎ_XＧａ_1-XＮ中の組成Ｘを変え
ることにより、バンド間発光の波長を紫外から赤色まで
変化させることができる。本実施の形態では、青色で発
光するものとした。なお、発光層３を、ＩｎＧａＡｌ
Ｎ、ＧａＡｓＮ、ＧａＩｎＡｓＮ、ＧａＰＮ、またはＧ
ａＩｎＰＮなどとしてもよい。これらのＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体の場合、ＶＢ族元素して、主として窒素を含
むことにより、本発明の効果が得られる。

【００３１】第２のクラッド層５にはマグネシウムがド
ープされており、ｐ型である。第２のクラッド層５の抵
抗は比較的大きい。したがって、第２のクラッド層５の
一端へボンディング電極１７のみから電流、すなわち正
孔を注入しても、電流密度が発光層３の全域において均
一とならないおそれがある。

【００３２】そこで、ボンディング電極１７と第２クラ
ッド層５との間に、第２のクラッド層５のほぼ全面にわ
たる薄膜の透明電極１６が設けられる。この透明電極１
６が存在することにより、多くの発光を取出すことがで
きる構成としている。

【００３３】ｎ型のシリコン基板上に接続されるボンデ
ィング電極１５としては、金属が用いられる。たとえ
ば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、ＶまたはＮｂのいずれか
を用いることが好ましい。

【００３４】ｐ型の窒化ガリウムからなる第２のクラッ
ド層５に接続される透明電極１６としては、厚みが２０
ｎｍ以下の金属を用いることが好ましく、たとえばＴ
ａ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇまたは
Ａｕのいずれかが用いられることが好ましい。

【００３５】次に、本発明に従った窒化物半導体の製造
方法について説明する。図３〜図７は、図２で示す半導
体装置の製造方法を説明するための図である。

【００３６】図３を参照して、シリコン基板１にアンチ
モンをドープする。次に、アルミニウム、インジウム、
ガリウムまたはボロンのいずれかを、イオン注入を用い
てシリコン基板１にドープする。このドープの方法とし
ては、アルミニウム、インジウム、ガリウムおよびボロ
ンなどのＩＩＩＢ族元素を含むドーパントをシリコン基
板１の表面に接触させ、熱により拡散させるいわゆる拡
散法を用いてもよい。さらに、ＩＩＩＢ族元素を含む有
機金属をシリコン基板１の表面１ｆに供給し、ＩＩＩＢ
族元素をドープしてもよい。これにより、表面１ｆ近傍
に、ＩＩＩＢ族元素を含むシリコン基板１を準備する。

【００３７】次に、シリコン基板１を洗浄し、シリコン
基板１をＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）装置内に
導入し、水素（Ｈ₂）雰囲気の中で、温度１１００℃で
クリーニングを行なう。

【００３８】その後、キャリアガスとしてＮ₂を流量１
０リットル／分の割合で流しながら、温度８００℃で、
アンモニア（ＮＨ₃）とトリメチルアルミニウム（ＴＭ
Ａ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）を、それぞれ流
量５リットル／分、１０μモル／分、１７μモル／分で
導入する。さらに、シラン（ＳｉＨ₄）ガスを導入し
て、厚みが約２０ｎｍの、シリコンがドーピングされた
ｎ型のＡｌＩｎＮ中間層１０を形成する。ＡｌＩｎＮ中
間層１０の組成式は、Ａｌ_0.85Ｉｎ_0.15Ｎで表わされ
る。窒化物半導体としての第１のクラッド層２をシリコ
ン基板１の表面１ｆ上に成長させる工程に先立って、シ
リコン基板１の表面１ｆに、組成式がＧａ_XＴ_1-XＮ（０
≦Ｘ≦０．２、Ｔはガリウムおよびボロン以外のＩＩＩ
Ｂ族元素）で表わされるＡｌＩｎＮ中間層１０を形成す
る図４を参照して、同じ温度で、ＴＭＡの供給を停止
し、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびＴＭＩを流量
約２０μモル／分および１００μモル／分の割合でそれ
ぞれ導入し、厚みが１μｍでシリコンがドーピングされ
た第１のクラッド層２を成長させた。第１のクラッド層
２は、窒化物半導体であり、その組成式は、Ｇａ_0.92Ｉ
ｎ_0.08Ｎで表わされる。なお、ＡｌＩｎＮ中間層１０を
堆積した後、その成長温度をさらに高温として第１のク
ラッド層２として、ＧａＮ層またはＡｌＧａＮ層を形成
することも可能である。ここでは、Ｉｎを含みＡｌを含
まないＧａＩｎＮの層を用いることで、基板の成長温度
を高温とすることなく、低温成長させることが可能であ
り、クラックの発生を防止できる。シリコン基板１の上
にガリウムと窒素とを供給してガリウムを含有する窒化
物半導体としての第１のクラッド層２をシリコン基板１
の表面１ｆ上に成長させる。

【００３９】図５を参照して、ＴＭＡ、ＴＭＩおよびＴ
ＭＧの供給を停止して、基板温度を７６０℃とした。イ
ンジウムの原料であるＴＭＩの流量を６．５μモル／
分、ＴＭＧの流量を２．８μモル／分として導入、組成
式がＩｎ_0.18Ｇａ_0.82Ｎで表わされる、厚みが３ｎｍの
井戸層を形成する。

【００４０】その後、シリコン基板１の温度を８５０℃
とし、ＴＭＧの流量を１４μモル／分として導入し、Ｇ
ａＮからなる障壁層を形成する。同様に、井戸層と障壁
層の成長を繰返し、多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる発
光層３を形成する。

【００４１】図６を参照して、発光層３の成長が終了し
た後、最後の障壁層を形成した温度と同じ温度で、ＴＭ
Ｇの流量を１１μモル／分、ＴＭＡの流量を１．１μモ
ル／分、ＴＭＩの流量を４０μモル／分とし、ｐ型のド
ーピング原料ガスであるビスシクロペンタジエニルマグ
ネシウム（Ｃｐ₂Ｍｇ）の流量を１０ｎモル／分とし、
厚みが５０ｎｍのｐ型のキャリアブロック層４を形成す
る。キャリアブロック層４の組成式はＡｌ_0.20Ｇａ_0.75
Ｉｎ_0.05Ｎで表わされる。

【００４２】図７を参照して、キャリアブロック層４の
成長が終了すると、温度１０００℃において、ＴＭＡの
供給を停止し、厚みが１００ｎｍのｐ型のＧａＮからな
る第２のクラッド層５を成長させる。第２のクラッド層
５はｐ型で、組成式がＧａ_0. ₉Ｉｎ_0.1Ｎで表される。

【００４３】このようにして、発光素子構造の成長が終
了すると、ＴＭＧ、ＴＭＩおよびＣｐ₂Ｍｇの供給を停
止した後、シリコン基板１を室温まで冷却する。その後
シリコン基板１をＭＯＣＶＤ装置より取出す。

【００４４】第２のクラッド層５上に透明電極１６を形
成する。さらにその上の一部にボンディング電極１７を
形成する。シリコン基板１の下面にボンディング電極１
５を形成し、本発明の発光素子が完成する。

【００４５】このようにして得られた半導体装置の電気
的特性を測定した。導電率の高いシリコン基板１を用い
ているため、順方向に電流２０ｍＡを流したときの駆動
電圧が３．０Ｖであり、絶縁性基板を用いた発光素子の
駆動電圧３．４Ｖに比べ、低い電圧で駆動する素子を作
製することが可能となる。また、輝度が３ｍＷの高輝度
で、中心波長が４７０ｎｍの青色発光が得られた。

【００４６】また、比較例として、シリコン基板１の表
面１ｆ近傍にＩＩＩＢ族元素のドーピングを行なわない
素子も形成した。この場合、窒化物結晶の平坦性が悪化
し、同条件で駆動したときの駆動電圧は３．８Ｖであ
り、発光強度は０．５ｍＷであり、本発明の発光素子よ
りも発光強度が大幅に減少した。また、面内不均一発光
を示しており、シリコン基板１側から成長層側に電流が
均一に流れていないものと思われた。

【００４７】次に、ＩＩＩＢ族元素のシリコン基板１へ
のドーピング量について検討した。アンチモンなどのｎ
型ドーパントを濃度１０²⁰ｃｍ^-3となるようにドープし
た、低抵抗のｎ型のシリコン基板１に対して、Ａｌ、Ｉ
ｎ、ＧａおよびＢのいずれかのＩＩＩＢ族元素を、この
ドーピング量と同程度の濃度１０²⁰ｃｍ^-3となるように
ドープすることで、比較的好ましい結果が得られる。

【００４８】さらに、これらＩＩＩＢ族元素を、濃度が
１０²⁰ｃｍ^-3を超えてシリコン基板１表面付近にドープ
すると、シリコン基板１の状況が窒化物結晶の結晶成長
用の基板として悪化し、かえってその上に成長する窒化
物結晶の品質が低下する。これにより、発光強度が低下
し、発光素子を構成する結晶としての特性が悪化する。

【００４９】また、ＩＩＩＢ族元素のドープ量が１０¹⁷
ｃｍ^-3未満であれば、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、ＢなどのＩＩ
ＩＢ族元素の異常拡散が生じやすく、成長中の表面モフ
ォロジーが悪化する。その膜上に半導体発光素子を作製
した場合、光電特性の悪い素子が得られる。

【００５０】次に、ドーピングの深さについては、深さ
が３０ｎｍより深くなるようにドープされた場合には、
この部分は、ｎ型の不純物とｐ型の不純物とが同じにド
ープされたやや抵抗の高い領域となる。この領域が厚く
なることで、作製した半導体発光素子の駆動電圧が若干
上昇する傾向があり好ましくない。しかしながら、上に
形成される窒化物半導体の結晶の品質を向上させ、それ
により発光素子の発光強度との特性を向上させるために
は、シリコン基板１の表面１ｆ付近にのみＩＩＩＢ族元
素がドープされている必要はなく、シリコン基板１全体
にドープされてもよい。これは、素子電圧の上昇の程度
と、所定のドーピングプロファイルを有する基板の作製
しやすさから、総合的に判断すればよい。

【００５１】なお、この実施の形態では、シリコン基板
１として、ｎ型のシリコン基板１を用いたが、ｐ型のシ
リコン基板１を用いることも考えられる。この場合、シ
リコン基板１を通じて半導体発光素子の電極を形成する
場合に、窒化物結晶を、ｐ型およびｎ型の順に作製し、
半導体発光素子を形成する必要がある。

【００５２】しかしながら、シリコン基板１上に低抵抗
のｐ型窒化物半導体を直接形成することは困難である。
そのため、実際には、シリコン基板１をｎ型とした、本
発明の実施の形態とならざるを得ない。

【００５３】よって、用いられるシリコン基板１として
は、Ｓｂ、Ａｓ、Ｐなどのｎ型の不純物がドープされた
ｎ型のシリコン基板１とする。これに、Ａｌ、Ｇａ、Ｉ
ｎ、ＢなどのＩＩＩＢ族元素をその濃度が１０¹⁷ｃｍ^-3
以上１０²⁰ｃｍ^-3以下の範囲で、少なくとも、シリコン
基板１の表面１ｆ付近にドープすることが好ましい。

【００５４】ガリウム原子を予め制御された条件で均一
にシリコン基板１の表面にドープしておくことにより、
ガリウムを含む窒化物半導体の成長中に、ガリウム元素
が異常拡散することが防止される。また、Ａｌ、Ｇａ、
ＩｎおよびＢなどのＩＩＩＢ族元素を予めシリコン基板
１の表面１ｆ付近にドープしておくことにより、ＩＩＩ
Ｂ族元素のシリコン基板１への拡散が抑制される。

【００５５】また、この実施の形態では、シリコン基板
１上に、ＡｌＩｎＮからなる中間層１０を形成してか
ら、ガリウムを含む窒化物半導体としての第１のクラッ
ド層の成長を行なった。このように、シリコン基板１上
に一旦ガリウムの含有量の小さい結晶を中間層１０とし
て形成することで、ガリウムの異常拡散による、ガリウ
ムを含む窒化物半導体の結晶品質の低下が抑制される。
この点から、中間層１０としては、ＩＩＩＢ族中に示す
ガリウムの割合が０．２以下であることが好ましいこと
が、本発明者の検討により明らかになった。

【００５６】さらに、中間層１０の膜厚としては２ｎｍ
以上１００ｍ以下が好ましく、クラックの発生を防止す
る観点からは、５ｎｍ以上６０ｎｍ以下の範囲とするこ
とが好ましいことがわかった。なお、ここに記した好ま
しい中間層の条件は、実施の形態２でも同様である。

【００５７】（実施の形態２）上述の実施の形態１にお
いては、上述の実施の形態１では、Ｓｂ、Ａｓ、Ｐなど
のｎ型不純物がドープされたシリコン基板１にＡｌ、Ｇ
ａ、Ｉｎ元素を、イオン注入もしくは拡散法を用いるこ
とでドーピングしたシリコン基板の表面に、窒化物半導
体を形成した。

【００５８】これに対して、実施の形態２では、本発明
者は、数々の実験結果より、Ｓｂ、ＡｓまたはＰがドー
プされたｎ型のシリコン基板１に、窒化物半導体の結晶
成長に先立って、温度６００℃以上１１００℃以下の温
度条件で、ＴＭＡ、ＴＭＧ、ＴＭＩｎなどのＩＩＩＢ族
元素を含有する原料を導入することで、シリコン基板１
の表面１ｆ近傍にこれらのＩＩＩＢ族元素を導入でき、
これにより、実施の形態１と同様の効果を上げることが
判明した。

【００５９】シリコン基板１の表面１ｆ近傍にＩＩＩＢ
族元素をドープする工程は、シリコン基板１の表面１ｆ
にＩＩＩＢ族元素を含む有機金属を供給する工程、シリ
コン基板１にＩＩＩＢ族元素を注入する工程および拡散
法によりＩＩＩＢ族元素をドープする工程からなる群よ
り選ばれたいずれかの工程により行なわれる。

【００６０】中でも、ＴＭＡを用いることが特に好まし
く、他の原料ガスに比較して、効果が高い傾向がみられ
た。この際の雰囲気としては、水素もしくは窒素をキャ
リアガスとして用いることができる。好ましくは、上述
のＩＩＩＢ族元素を含有する原料を導入する工程に続け
て、温度１０００℃以上１２００℃以下で熱処理を行な
うことが望ましい。

【００６１】つまり、実施の形態１において、シリコン
基板１として、ｎ型の不純物に加えて、その表面にＩＩ
ＩＢ族元素をドープしたものを使用した。この実施の形
態２では、シリコン基板１として、Ｓｂ、Ａｓ、Ｐなど
のｎ型の不純物がドープされたシリコン基板１を用い、
実施の形態１におけるＡｌＩｎＮ中間層１０の成長工程
の直前に、上記ＩＩＩＢ族元素を含有する原料を導入す
る工程を実施する。他の工程は、実施の形態１と同様で
ある。その効果も実施の形態１と同様であった。その
後、この実施の形態２では、熱処理工程を実施すること
により、シリコン基板１の表面１ｆの酸化を抑えること
が可能となり、ＡｌＧａＩｎＮ中間層１０とシリコン基
板１の界面の導電性が改善される。これにより、上述の
実施の形態１よりさらに導電性の高い窒化物半導体の発
光素子を作製することが可能となった。

【００６２】また、この実施の形態においても、実施の
形態１と同様にＡｌＩｎＮ中間層を用いることで、上記
記載の効果が得られ、望ましい構成となった。

【００６３】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。

【００６４】

【発明の効果】本発明によれば、Ｓｂ、Ａｓ、Ｐなどの
ｎ型の不純物がドープされたシリコン基板１の表面１ｆ
にＡｌ、Ｇａ、ＩｎまたはＢ元素を、イオン注入もしく
は拡散の技術によりドープすること、またはシリコン基
板上に、これら元素を有する有機金属をエピタキシャル
成長前にドープし、ドーピングを行なったシリコン基板
を用いる。これにより、シリコン基板１の表面状態が良
好で、発光素子として望ましい高品質の窒化物半導体と
しての第１のクラッド層２を得ることが可能となる。

【００６５】さらには、シリコン基板１側から直接電流
を流すことが可能な窒化物半導体装置を作製することが
できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の原理を説明するために示す窒化物
半導体の断面図である。

【図２】この発明に従って製造された窒化物半導体を
有する半導体装置の断面図である。

【図３】図２で示す半導体装置の製造方法の第１工程
を示す断面図である。

【図４】図２で示す半導体装置の製造方法の第２工程
を示す断面図である。

【図５】図２で示す半導体装置の製造方法の第３工程
を示す断面図である。

【図６】図２で示す半導体装置の製造方法の第４工程
を示す断面図である。

【図７】図２で示す半導体装置の製造方法の第５工程
を示す断面図である。

【図８】従来の窒化物半導体の断面図である。

【符号の説明】

１シリコン基板、１ｂＩＩＩＢ族元素含有層、１ｆ
表面、２第１のクラッド層、３ＩｎＧａＮ発光
層、１００窒化アルミニウム層、２００窒化ガリウ
ム層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者本田善央三重県津市大門15−10 (72)発明者小出典克大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内Ｆターム(参考） 5F041 AA40 CA04 CA05 CA33 CA34 CA40 CA57 CA65 CA71 CA73 CA83 5F045 AA04 AB14 AB17 AC01 AC08 AC12 AD11 AD12 AD14 AF03 AF16 BB12 CA09 DA53 DA55 EB15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも表面近傍に周期律表第ＩＩＩ
Ｂ族元素を含むシリコン基板を準備する工程と、前記シリコン基板の表面上にガリウムと窒素とを供給し
てガリウムを含有する窒化物半導体を前記シリコン基板
の表面上に形成する工程とを備えた、窒化物半導体の製
造方法。
【請求項２】前記シリコン基板はｎ型の不純物を含
む、請求項１に記載の窒化物半導体の製造方法。
【請求項３】前記シリコン基板の表面近傍に含まれる
周期律表第ＩＩＩＢ族元素の濃度は１０¹⁷ｃｍ^-3以上１
０²⁰ｃｍ^-3以下である、請求項１または２に記載の窒化
物半導体の製造方法。
【請求項４】前記窒化物半導体を前記シリコン基板の
表面上に形成する工程に先立って、前記シリコン基板の
表面に、組成式がＧａ_XＴ_1-XＮ（０≦Ｘ≦０．２、Ｔは
ガリウムおよびボロン以外の周期律表第ＩＩＩＢ族元
素）で表わされる中間層を形成する工程をさらに備え
た、請求項１から３のいずれか１項に記載の窒化物半導
体の製造方法。
【請求項５】少なくともシリコン基板の表面近傍に周
期律表第ＩＩＩＢ族元素をドープする工程と、周期律表第ＩＩＩＢ族元素がドープされた前記シリコン
基板の表面上にガリウムと窒素とを供給してガリウムを
含有する窒化物半導体を前記シリコン基板の表面上に形
成する工程とを備えた、窒化物半導体の製造方法。
【請求項６】前記シリコン基板の表面近傍に周期律表
第ＩＩＩＢ族元素をドープする工程は、前記シリコン基
板の表面に周期律表第ＩＩＩＢ族元素を含む有機金属を
供給する工程、前記シリコン基板に周期律表第ＩＩＩＢ
族元素を含むイオンを注入する工程および拡散法により
周期律表第ＩＩＩＢ族元素をドープする工程からなる群
より選ばれたいずれかの工程により行なわれる、請求項
５に記載の窒化物半導体の製造方法。
【請求項７】前記周期律表第ＩＩＩＢ族元素は、アル
ミニウム、インジウム、ガリウムおよびボロンからなる
群より選ばれた少なくとも１種を含む、請求項１から６
のいずれか１項に記載の窒化物半導体の製造方法。