JP2003258299A - 窒化ガリウム系化合物半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
窒化ガリウム系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】 ＧａＮを用いた発光デバイスにおいて製造時
間を短縮化する。 【解決手段】 発光デバイスは、サファイア等の基板１
０上にバッファ層１１を形成し、バッファ層１１上にｎ
型ＧａＮ層１２を形成し、さらに半導体層１４〜２０を
積層することにより形成される。バッファ層１１として
ＡｌxＧａ1-xＮ1- yＰyあるいはＡｌyあるいはＡｌxＧａ
1-xＮ1-yＡｓyを用いる。これにより、バッファ層１１
形成時の成長温度を上げることができ、基板１０の加熱
処理からバッファ層１１形成時の自然冷却時間及びバッ
ファ層１１形成後にｎ型ＧａＮ層１２を形成するための
昇温時間を短縮化できる。
間を短縮化する。 【解決手段】 発光デバイスは、サファイア等の基板１
０上にバッファ層１１を形成し、バッファ層１１上にｎ
型ＧａＮ層１２を形成し、さらに半導体層１４〜２０を
積層することにより形成される。バッファ層１１として
ＡｌxＧａ1-xＮ1- yＰyあるいはＡｌyあるいはＡｌxＧａ
1-xＮ1-yＡｓyを用いる。これにより、バッファ層１１
形成時の成長温度を上げることができ、基板１０の加熱
処理からバッファ層１１形成時の自然冷却時間及びバッ
ファ層１１形成後にｎ型ＧａＮ層１２を形成するための
昇温時間を短縮化できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は窒化ガリウム（Ｇａ
Ｎ）系化合物半導体装置及びその製造方法、特にバッフ
ァ層の形成に関する。
Ｎ）系化合物半導体装置及びその製造方法、特にバッフ
ァ層の形成に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、ＧａＮ系化合物半導体は短波
長ＬＥＤや短波長ＬＤ等への適用が考えられている。Ｇ
ａＮデバイスを製造するには、サファイアなどＧａＮと
格子定数が異なる結晶基板上にＧａＮを結晶成長させる
必要があるが、基板上に５００℃程度の低温でＧａＮあ
るいはＡｌＧａＮバッファ層を２０〜３０ｎｍ程度形成
し、その後温度を上げて１０５０℃程度の高温でＧａＮ
層を成長させる方法が知られている。
長ＬＥＤや短波長ＬＤ等への適用が考えられている。Ｇ
ａＮデバイスを製造するには、サファイアなどＧａＮと
格子定数が異なる結晶基板上にＧａＮを結晶成長させる
必要があるが、基板上に５００℃程度の低温でＧａＮあ
るいはＡｌＧａＮバッファ層を２０〜３０ｎｍ程度形成
し、その後温度を上げて１０５０℃程度の高温でＧａＮ
層を成長させる方法が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このように、低温バッ
ファ層を用いることで基板上にＧａＮ層を成長させるこ
とが可能であるが、通常、低温バッファ層を成長させる
前に１１００℃以上の高温で基板を加熱処理するため、
成長プロセスとしては、 １１００℃での加熱→降温→５００℃でのバッファ層成
長→昇温→１０５０℃でのＧａＮ層成長 という複雑なプロセスとなり、特に１１００℃から５０
０℃まで温度を下げるのに時間を要し、ＧａＮ系化合物
半導体装置を作製するまで時間がかかってしまう問題が
あった。
ファ層を用いることで基板上にＧａＮ層を成長させるこ
とが可能であるが、通常、低温バッファ層を成長させる
前に１１００℃以上の高温で基板を加熱処理するため、
成長プロセスとしては、 １１００℃での加熱→降温→５００℃でのバッファ層成
長→昇温→１０５０℃でのＧａＮ層成長 という複雑なプロセスとなり、特に１１００℃から５０
０℃まで温度を下げるのに時間を要し、ＧａＮ系化合物
半導体装置を作製するまで時間がかかってしまう問題が
あった。
【０００４】本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑
みなされたものであり、その目的は、従来以上に高温で
バッファ層を形成することができ、これにより成長プロ
セスにおける温度変化を低減してより短時間に装置を製
造することにある。
みなされたものであり、その目的は、従来以上に高温で
バッファ層を形成することができ、これにより成長プロ
セスにおける温度変化を低減してより短時間に装置を製
造することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、基板上に順次バッファ層、ＧａＮ系化合
物半導体層を形成してなる窒化ガリウム系化合物半導体
装置であって、前記バッファ層は、ＡｌxＧａ1-xＮ1-y
Ｐy （但し、０≦ｘ≦１、０＜ｙ＜１） であることを
特徴とする。
に、本発明は、基板上に順次バッファ層、ＧａＮ系化合
物半導体層を形成してなる窒化ガリウム系化合物半導体
装置であって、前記バッファ層は、ＡｌxＧａ1-xＮ1-y
Ｐy （但し、０≦ｘ≦１、０＜ｙ＜１） であることを
特徴とする。
【０００６】また、本発明は、基板上に順次バッファ
層、ＧａＮ系化合物半導体層を形成してなる窒化ガリウ
ム系化合物半導体装置であって、前記バッファ層は、Ａ
ｌxＧａ1-xＮ1-yＡｓy （但し、０≦ｘ≦１、０＜ｙ＜
１） であることを特徴とする。
層、ＧａＮ系化合物半導体層を形成してなる窒化ガリウ
ム系化合物半導体装置であって、前記バッファ層は、Ａ
ｌxＧａ1-xＮ1-yＡｓy （但し、０≦ｘ≦１、０＜ｙ＜
１） であることを特徴とする。
【０００７】前記ＧａＮ系化合物半導体層は、ＧａＮ系
発光層を有することができる。
発光層を有することができる。
【０００８】また、本発明は、窒化ガリウム系化合物半
導体装置の製造方法であって、基板を第１の温度で加熱
処理するステップと、Ｐを含む原料ガスを供給しつつ前
記基板上に第２の温度でＡｌxＧａ1-xＮ1-yＰy バッフ
ァ層（但し、０≦ｘ≦１、０＜ｙ＜１）を形成するステ
ップと、前記バッファ層上に第３の温度でＧａＮ系化合
物半導体層を形成するステップとを有することを特徴と
する。
導体装置の製造方法であって、基板を第１の温度で加熱
処理するステップと、Ｐを含む原料ガスを供給しつつ前
記基板上に第２の温度でＡｌxＧａ1-xＮ1-yＰy バッフ
ァ層（但し、０≦ｘ≦１、０＜ｙ＜１）を形成するステ
ップと、前記バッファ層上に第３の温度でＧａＮ系化合
物半導体層を形成するステップとを有することを特徴と
する。
【０００９】また、本発明は、窒化ガリウム系化合物半
導体装置の製造方法であって、基板を第１の温度で加熱
処理するステップと、Ａｓを含む原料ガスを供給しつつ
前記基板上に第２の温度でＡｌxＧａ1-xＮ1-yＡｓy バ
ッファ層（但し、０≦ｘ≦１、０＜ｙ＜１）を形成する
ステップと、前記バッファ層上に第３の温度でＧａＮ系
化合物半導体層を形成するステップとを有することを特
徴とする。
導体装置の製造方法であって、基板を第１の温度で加熱
処理するステップと、Ａｓを含む原料ガスを供給しつつ
前記基板上に第２の温度でＡｌxＧａ1-xＮ1-yＡｓy バ
ッファ層（但し、０≦ｘ≦１、０＜ｙ＜１）を形成する
ステップと、前記バッファ層上に第３の温度でＧａＮ系
化合物半導体層を形成するステップとを有することを特
徴とする。
【００１０】このように、本発明では、ＧａＮ層等のＧ
ａＮ系化合物半導体を基板上に成長させるためのバッフ
ァ層として、ＡｌxＧａ1-xＮにおけるＮの一部をＰある
いはＡｓで置換したものを用いる。低温で成長させたＧ
ａＮバッファ層は立方晶成分が多く、立方晶成分の欠陥
により基板とＧａＮとの格子不整合を緩和してＧａＮ層
の転位を低減しているものと考えられる。したがって、
ＡｌxＧａ1-xＮにおけるＮの一部をＰあるいはＡｓで置
換して、高温でも立方晶成分を多く残すことでバッファ
層の成長温度を従来以上に高く設定することができる。
バッファ層の成長温度を高く設定することにより、基板
の加熱処理温度（第１の温度）からバッファ層の成長温
度（第２の温度）まで自然冷却するのに要する時間を短
縮化でき、また、バッファ層の成長温度（第２の温度）
からＧａＮ等のＧａＮ系化合物半導体を成長させるため
の温度（第３の温度）まで昇温するのに要する時間も短
縮化できる。
ａＮ系化合物半導体を基板上に成長させるためのバッフ
ァ層として、ＡｌxＧａ1-xＮにおけるＮの一部をＰある
いはＡｓで置換したものを用いる。低温で成長させたＧ
ａＮバッファ層は立方晶成分が多く、立方晶成分の欠陥
により基板とＧａＮとの格子不整合を緩和してＧａＮ層
の転位を低減しているものと考えられる。したがって、
ＡｌxＧａ1-xＮにおけるＮの一部をＰあるいはＡｓで置
換して、高温でも立方晶成分を多く残すことでバッファ
層の成長温度を従来以上に高く設定することができる。
バッファ層の成長温度を高く設定することにより、基板
の加熱処理温度（第１の温度）からバッファ層の成長温
度（第２の温度）まで自然冷却するのに要する時間を短
縮化でき、また、バッファ層の成長温度（第２の温度）
からＧａＮ等のＧａＮ系化合物半導体を成長させるため
の温度（第３の温度）まで昇温するのに要する時間も短
縮化できる。
【００１１】ＡｌxＧａ1-xＮにおけるＮの一部をＰある
いはＡｓで置換するためには、バッファ層成長プロセス
においてＰあるいはＡｓを含む原料ガスを導入すればよ
い。このようなガスとして、例えばホスフィンやアルシ
ンを用いることができる。
いはＡｓで置換するためには、バッファ層成長プロセス
においてＰあるいはＡｓを含む原料ガスを導入すればよ
い。このようなガスとして、例えばホスフィンやアルシ
ンを用いることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施
形態について説明する。
形態について説明する。
【００１３】図１には、本実施形態に係るＧａＮ系化合
物半導体装置の全体構成が示されている。サファイアな
どの基板１０上にバッファ層１１が形成され、バッファ
層１１上にｎ型ＧａＮ層１２が成長される。ｎ型ＧａＮ
層上にｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１４、ＧａＮ発光層１
６、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１８を成長させる。さら
に、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１８上にｐ型ＧａＮ電極
形成層２０が形成され、ｎ型ＧａＮ層１２の一部が露出
するように表面をエッチングした後、ｐ型オーミック電
極２２及びｎ型オーミック電極２４が形成される。Ｇａ
Ｎ発光層１６の代わりにＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、
ＡｌＩｎＮ等を用いることもできる。また、クラッド層
１４，１８はキャリアを効率的に発光層１６に注入する
ためであり、ＡｌＧａＮの代わりにＡｌＧａＮとＧａＮ
を交互に積層したＳＬＳ（Strained layer Superlattic
e）層を用いることもできる。
物半導体装置の全体構成が示されている。サファイアな
どの基板１０上にバッファ層１１が形成され、バッファ
層１１上にｎ型ＧａＮ層１２が成長される。ｎ型ＧａＮ
層上にｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１４、ＧａＮ発光層１
６、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１８を成長させる。さら
に、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１８上にｐ型ＧａＮ電極
形成層２０が形成され、ｎ型ＧａＮ層１２の一部が露出
するように表面をエッチングした後、ｐ型オーミック電
極２２及びｎ型オーミック電極２４が形成される。Ｇａ
Ｎ発光層１６の代わりにＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、
ＡｌＩｎＮ等を用いることもできる。また、クラッド層
１４，１８はキャリアを効率的に発光層１６に注入する
ためであり、ＡｌＧａＮの代わりにＡｌＧａＮとＧａＮ
を交互に積層したＳＬＳ（Strained layer Superlattic
e）層を用いることもできる。
【００１４】従来においては、バッファ層１１としてＧ
ａＮあるいはＡｌＧａＮを用いて５００℃程度の低温で
２０〜３０ｎｍ形成していたが、本実施形態ではバッフ
ァ層１１としてＡｌxＧａ1-xＮ1-yＰyあるいはＡｌxＡ
ａ1-xＮ1-yＡｓy（但し、０≦ｘ≦１、０＜ｙ＜１）が
用いられ、例えば、ｘ＝０としてＧａＮ1-yＰyが用いら
れる。すなわち、ＧａＮあるいはＡｌＧａＮあるいはＡ
ｌＮにおけるＮの一部をＰあるいはＡｓで置換したバッ
ファ層が用いられる。
ａＮあるいはＡｌＧａＮを用いて５００℃程度の低温で
２０〜３０ｎｍ形成していたが、本実施形態ではバッフ
ァ層１１としてＡｌxＧａ1-xＮ1-yＰyあるいはＡｌxＡ
ａ1-xＮ1-yＡｓy（但し、０≦ｘ≦１、０＜ｙ＜１）が
用いられ、例えば、ｘ＝０としてＧａＮ1-yＰyが用いら
れる。すなわち、ＧａＮあるいはＡｌＧａＮあるいはＡ
ｌＮにおけるＮの一部をＰあるいはＡｓで置換したバッ
ファ層が用いられる。
【００１５】低温成長ＧａＮは欠陥を非常に多く含んだ
多結晶層であり、自然結晶ＧａＮが六方晶の結晶型を有
するのに対して低温成長層には立方晶成分が多く含まれ
ていることが知られている。一方、ＧａＰの自然結晶系
は立方晶であり、バッファ層としてＧａＰを用いると従
来以上に成長温度を上げても立方晶成分が多く残り、そ
の上に形成されるＧａＮ層の転位を低減することができ
る。バッファ層１１としてＧａＮを用いた場合、自然結
晶系が六方晶であるため、低温で成長させた場合には立
方晶成分が得られても、温度を上げるに従い自然結晶系
の六方晶成分が多くなり、その上に形成されるＧａＮ層
の転位を抑制することができなくなる。欠陥を多く含ん
だ立方晶成分がＧａＮとサファイアとの格子整合を緩和
してＧａＮの転位を低減していると考えられるからであ
る。ＧａＰの替わりにＧａＡｓを用いた場合も同様であ
り、高温でも多くの立方晶成分によりＧａＮ層の転位を
低減できる。ＧａＮではなく、ＡｌＧａＮを用いた場合
でも同様である。
多結晶層であり、自然結晶ＧａＮが六方晶の結晶型を有
するのに対して低温成長層には立方晶成分が多く含まれ
ていることが知られている。一方、ＧａＰの自然結晶系
は立方晶であり、バッファ層としてＧａＰを用いると従
来以上に成長温度を上げても立方晶成分が多く残り、そ
の上に形成されるＧａＮ層の転位を低減することができ
る。バッファ層１１としてＧａＮを用いた場合、自然結
晶系が六方晶であるため、低温で成長させた場合には立
方晶成分が得られても、温度を上げるに従い自然結晶系
の六方晶成分が多くなり、その上に形成されるＧａＮ層
の転位を抑制することができなくなる。欠陥を多く含ん
だ立方晶成分がＧａＮとサファイアとの格子整合を緩和
してＧａＮの転位を低減していると考えられるからであ
る。ＧａＰの替わりにＧａＡｓを用いた場合も同様であ
り、高温でも多くの立方晶成分によりＧａＮ層の転位を
低減できる。ＧａＮではなく、ＡｌＧａＮを用いた場合
でも同様である。
【００１６】このように、バッファ層１１としてＡｌx
Ｇａ1-xＮ1-yＰyあるいはＡｌxＧａ1 -xＮ1-yＡｓyを用
いることで、従来以上にバッファ層１１を高温で形成す
ることが可能となる。これにより、基板を第１の温度で
加熱処理した後、バッファ層１１を形成するために第２
の温度まで下げる際に従来より短時間に所望温度に設定
できる。また、バッファ層１１を形成した後に第２の温
度から再び第３の温度まで上げてＧａＮ層を形成する際
にも出発温度が高いため、短時間に所望温度（１０５０
℃）に設定できる。なお、バッファ層を１０００℃近傍
で形成することができれば、基板加熱、バッファ層成
長、ＧａＮ層成長の各プロセスを略同一温度で行うこと
が可能である。バッファ層１１の厚さは１０ｎｍ〜１０
０ｎｍ程度、好適には１０ｎｍ〜５０ｎｍ程度でよい。
Ｇａ1-xＮ1-yＰyあるいはＡｌxＧａ1 -xＮ1-yＡｓyを用
いることで、従来以上にバッファ層１１を高温で形成す
ることが可能となる。これにより、基板を第１の温度で
加熱処理した後、バッファ層１１を形成するために第２
の温度まで下げる際に従来より短時間に所望温度に設定
できる。また、バッファ層１１を形成した後に第２の温
度から再び第３の温度まで上げてＧａＮ層を形成する際
にも出発温度が高いため、短時間に所望温度（１０５０
℃）に設定できる。なお、バッファ層を１０００℃近傍
で形成することができれば、基板加熱、バッファ層成
長、ＧａＮ層成長の各プロセスを略同一温度で行うこと
が可能である。バッファ層１１の厚さは１０ｎｍ〜１０
０ｎｍ程度、好適には１０ｎｍ〜５０ｎｍ程度でよい。
【００１７】
【実施例】ｃ面サファイア基板を第１の温度１１００℃
の温度で水素と窒素の混合ガス雰囲気中で１０分間加熱
処理し、第２の温度Ｔ１（℃）でＧａＮ1-yＰyバッファ
層を形成した。バッファ層の厚さは約２０ｎｍとなるよ
うに成長時間を調整した。原料ガスとして、トリメチル
ガリウムＧａ（ＣＨ3）3、アンモニアＮＨ3ガス、及び
Ｐを含む原料ガスであるホスフィンＰＨ3を用いた。さ
らにガス流速を安定させるため、水素ガス及び窒素ガス
を反応管中に流した。トリメチルガリウムの流量は１０
μｍｏｌ／ｍｉｎ、アンモニアガスの流量は５ＳＬＭ
（Standard Liter per Minutes:基準流量単位）、水素
ガス及び窒素ガス流量はそれぞれ１０ＳＬＭである。ホ
スフィンガス流量は、０〜１ＳＬＭの範囲内で変化させ
た。ホスフィンガスの流量とｙの間には相関があり、ホ
スフィンガス流量を増大させることでｙを増大させるこ
とができた。その後、第３の温度Ｔ２＝１０５０℃まで
上げて２μｍ厚のＧａＮ層を成長させた。成長条件は、
ホスフィンガス流量が０である以外は、バッファ層の成
長条件と略同一であり、原料ガスとしてトリメチルガリ
ウムとアンモニアガスを用いた。ＧａＮ層を高温で成長
させた後は、高温成長ＧａＮ層の表面状態を顕微鏡で観
察するとともに、いくつかの試料についてＳＩＭＳ（二
次イオン質量分析計）で深さ方向の元素分析を行い、バ
ッファ層中のＰの組成ｙの概略値を見積もった。なお、
ｙの値の絶対値の測定は、イオン注入などで被測定試料
に近い組成を持つ標準試料との比較でなされるべきであ
るが、本実施例においてはＧａＰとＧａＮを標準試料と
しており、その絶対値には若干誤差が含まれている。表
１に、これらの評価結果を示した。
の温度で水素と窒素の混合ガス雰囲気中で１０分間加熱
処理し、第２の温度Ｔ１（℃）でＧａＮ1-yＰyバッファ
層を形成した。バッファ層の厚さは約２０ｎｍとなるよ
うに成長時間を調整した。原料ガスとして、トリメチル
ガリウムＧａ（ＣＨ3）3、アンモニアＮＨ3ガス、及び
Ｐを含む原料ガスであるホスフィンＰＨ3を用いた。さ
らにガス流速を安定させるため、水素ガス及び窒素ガス
を反応管中に流した。トリメチルガリウムの流量は１０
μｍｏｌ／ｍｉｎ、アンモニアガスの流量は５ＳＬＭ
（Standard Liter per Minutes:基準流量単位）、水素
ガス及び窒素ガス流量はそれぞれ１０ＳＬＭである。ホ
スフィンガス流量は、０〜１ＳＬＭの範囲内で変化させ
た。ホスフィンガスの流量とｙの間には相関があり、ホ
スフィンガス流量を増大させることでｙを増大させるこ
とができた。その後、第３の温度Ｔ２＝１０５０℃まで
上げて２μｍ厚のＧａＮ層を成長させた。成長条件は、
ホスフィンガス流量が０である以外は、バッファ層の成
長条件と略同一であり、原料ガスとしてトリメチルガリ
ウムとアンモニアガスを用いた。ＧａＮ層を高温で成長
させた後は、高温成長ＧａＮ層の表面状態を顕微鏡で観
察するとともに、いくつかの試料についてＳＩＭＳ（二
次イオン質量分析計）で深さ方向の元素分析を行い、バ
ッファ層中のＰの組成ｙの概略値を見積もった。なお、
ｙの値の絶対値の測定は、イオン注入などで被測定試料
に近い組成を持つ標準試料との比較でなされるべきであ
るが、本実施例においてはＧａＰとＧａＮを標準試料と
しており、その絶対値には若干誤差が含まれている。表
１に、これらの評価結果を示した。
【００１８】
【表１】
バッファ層はＧａＮＰであり、ｘ＝０に相当する。ま
た、バッファ層の成長温度Ｔ１は５００℃〜１０５０℃
の範囲で変化させた。表１からわかるように、ｙ＝０の
場合にはＴ１＝７００℃まで上げるとＧａＮ層の表面状
態は白濁面となり著しく劣化してしまうが、ｙ＝０．０
０５まで増大させるとＴ１＝７００℃まで上げてもＧａ
Ｎ層の表面は鏡面が得られる。このように、Ｐを添加す
ることによりバッファ層の成長温度Ｔ１を７００℃程度
まで上げても高温成長ＧａＮ層の表面は劣化しないこと
がわかる。また、ｙ＝０．０１まで増大させるとＴ１＝
９００℃まで上げてもＧａＮ層の表面はほぼ鏡面が得ら
れ、Ｔ１＝１０５０℃まで上げると白濁表面となった。
バッファ層の成長温度Ｔ１が高くなりすぎるとＧａＮ層
の表面が劣化するのは、バッファ層が連続膜にならない
ためと考えられる。すなわち、温度が高いと成長種はサ
ファイア基板表面をマイグレートして安定点で固体化し
て島状の結晶となり、この島が大きくその密度が小さく
なるとその上に成長される結晶ＧａＮ層の厚さが非常に
厚くならない限りその表面が平坦にならないためと考え
られる。
た、バッファ層の成長温度Ｔ１は５００℃〜１０５０℃
の範囲で変化させた。表１からわかるように、ｙ＝０の
場合にはＴ１＝７００℃まで上げるとＧａＮ層の表面状
態は白濁面となり著しく劣化してしまうが、ｙ＝０．０
０５まで増大させるとＴ１＝７００℃まで上げてもＧａ
Ｎ層の表面は鏡面が得られる。このように、Ｐを添加す
ることによりバッファ層の成長温度Ｔ１を７００℃程度
まで上げても高温成長ＧａＮ層の表面は劣化しないこと
がわかる。また、ｙ＝０．０１まで増大させるとＴ１＝
９００℃まで上げてもＧａＮ層の表面はほぼ鏡面が得ら
れ、Ｔ１＝１０５０℃まで上げると白濁表面となった。
バッファ層の成長温度Ｔ１が高くなりすぎるとＧａＮ層
の表面が劣化するのは、バッファ層が連続膜にならない
ためと考えられる。すなわち、温度が高いと成長種はサ
ファイア基板表面をマイグレートして安定点で固体化し
て島状の結晶となり、この島が大きくその密度が小さく
なるとその上に成長される結晶ＧａＮ層の厚さが非常に
厚くならない限りその表面が平坦にならないためと考え
られる。
【００１９】次に、同様の実験をＡｌＮ1-yＰyをバッフ
ァ層として用いた場合、すなわちｘ＝１の場合について
も行った。バッファ層の成長条件は、トリメチルアルミ
ニウム２０μｍｏｌ／ｍｙｎをトリメチルガリウムの代
わりに反応管に流し、それ以外の成長条件は上述した実
施例と全く同一である。Ｐを含む原料ガスもホスフィン
ガスを用いた。バッファ層の成長温度Ｔ１を８００℃〜
１０５０℃の範囲で変化させて高温成長ＧａＮ層の表面
状態を顕微鏡で観察した。その結果を表２に示す。
ァ層として用いた場合、すなわちｘ＝１の場合について
も行った。バッファ層の成長条件は、トリメチルアルミ
ニウム２０μｍｏｌ／ｍｙｎをトリメチルガリウムの代
わりに反応管に流し、それ以外の成長条件は上述した実
施例と全く同一である。Ｐを含む原料ガスもホスフィン
ガスを用いた。バッファ層の成長温度Ｔ１を８００℃〜
１０５０℃の範囲で変化させて高温成長ＧａＮ層の表面
状態を顕微鏡で観察した。その結果を表２に示す。
【００２０】
【表２】
表２からわかるように、バッファ層としてＡｌＮＰを用
いた場合、１０５０℃の高温（高温成長ＧａＮ層の成長
温度Ｔ２と同一）でも鏡面が得られた。このような結果
が得られたのは、Ａｌとサファイアとの結合が強いため
ＧａＮＰの場合のようにマイグレーションが長くなく、
結晶核が密に形成されたためと考えられる。バッファ層
とその上に成長させるＧａＮ層との成長温度を同一に設
定（Ｔ１＝Ｔ２）できるため、結晶成長のプロセスが簡
易化され、一回の成長に要する時間が短縮されて生産性
を向上できる。
いた場合、１０５０℃の高温（高温成長ＧａＮ層の成長
温度Ｔ２と同一）でも鏡面が得られた。このような結果
が得られたのは、Ａｌとサファイアとの結合が強いため
ＧａＮＰの場合のようにマイグレーションが長くなく、
結晶核が密に形成されたためと考えられる。バッファ層
とその上に成長させるＧａＮ層との成長温度を同一に設
定（Ｔ１＝Ｔ２）できるため、結晶成長のプロセスが簡
易化され、一回の成長に要する時間が短縮されて生産性
を向上できる。
【００２１】以上の実施例に示されるように、バッファ
層としてＧａＮＰあるいはＡｌＮＰを用いることで、結
晶成長のプロセスを簡易化できる。本願出願人は、１０
５０℃で成長させたＡｌＮＰバッファ層を用いて結晶Ｇ
ａＮ層を成長させ、その上に紫外線〜青色領域で発光す
るＬＥＤを試作したところ（図１の構成を参照）、その
発光特性は従来プロセスのものと全く同一であることを
確認した。また、この場合の成長プロセスは２．５時間
であり、従来の成長プロセスの４時間に比べて大幅に短
縮化できることも確認した。
層としてＧａＮＰあるいはＡｌＮＰを用いることで、結
晶成長のプロセスを簡易化できる。本願出願人は、１０
５０℃で成長させたＡｌＮＰバッファ層を用いて結晶Ｇ
ａＮ層を成長させ、その上に紫外線〜青色領域で発光す
るＬＥＤを試作したところ（図１の構成を参照）、その
発光特性は従来プロセスのものと全く同一であることを
確認した。また、この場合の成長プロセスは２．５時間
であり、従来の成長プロセスの４時間に比べて大幅に短
縮化できることも確認した。
【００２２】以上、本発明の実施形態について説明した
が、本発明はこれに限定されるものではなく種々の変更
が可能である。例えば、実施形態においてはＮの一部を
Ｐで置換しているが、Ｐの代わりにＡｓを用いても同様
の結果が得られる。ＧａＮＡｓあるいはＡｌＧａＮＡｓ
あるいはＡｌＮＡｓのバッファ層を成長させるには、ホ
スフィンの代わりにＡｓを含む原料ガス、例えばアルシ
ンやターシャルブチルアルシンを反応管に供給すればよ
い。
が、本発明はこれに限定されるものではなく種々の変更
が可能である。例えば、実施形態においてはＮの一部を
Ｐで置換しているが、Ｐの代わりにＡｓを用いても同様
の結果が得られる。ＧａＮＡｓあるいはＡｌＧａＮＡｓ
あるいはＡｌＮＡｓのバッファ層を成長させるには、ホ
スフィンの代わりにＡｓを含む原料ガス、例えばアルシ
ンやターシャルブチルアルシンを反応管に供給すればよ
い。
【００２３】また、実施例ではＰの原料ガスとしてホス
フィンを用いているが、他の原料ガス、例えばターシャ
ルブチルホスフィン等の有機原料を用いることも可能で
ある。
フィンを用いているが、他の原料ガス、例えばターシャ
ルブチルホスフィン等の有機原料を用いることも可能で
ある。
【００２４】また、実施例ではｘ＝０及びｘ＝１の場合
について示したが、これ以外のｘの場合、すなわちＡｌ
ＧａＮＰあるいはＡｌＧａＮＡｓをバッファ層材料とし
て用いる場合も従来以上に高温で成長できることは当業
者であれば容易に理解されよう。
について示したが、これ以外のｘの場合、すなわちＡｌ
ＧａＮＰあるいはＡｌＧａＮＡｓをバッファ層材料とし
て用いる場合も従来以上に高温で成長できることは当業
者であれば容易に理解されよう。
【００２５】さらに、本実施形態では、ＧａＮを用いた
ＬＥＤの場合について説明したが、ＧａＮを用いたレー
ザや受光器等にも同様に適用することが可能である。
ＬＥＤの場合について説明したが、ＧａＮを用いたレー
ザや受光器等にも同様に適用することが可能である。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によればバ
ッファ層の成長温度を上昇させることができ、これによ
り成長プロセスを簡易化して作製時間を短縮化すること
ができる。
ッファ層の成長温度を上昇させることができ、これによ
り成長プロセスを簡易化して作製時間を短縮化すること
ができる。
【図１】 実施形態にかかるＧａＮ系化合物半導体装置
の構成図である。
の構成図である。
１０ 基板、１１ バッファ層、１２ ｎ型ＧａＮ層、
１４ ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、１６ ＧａＮ発光
層、１８ ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、２０ ｐ型Ｇａ
Ｎ電極形成層、２２ ｐ型オーミック電極、２４ ｎ型
オーミック電極。
１４ ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、１６ ＧａＮ発光
層、１８ ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、２０ ｐ型Ｇａ
Ｎ電極形成層、２２ ｐ型オーミック電極、２４ ｎ型
オーミック電極。
Claims (5)
- 【請求項１】 基板上に順次バッファ層、ＧａＮ系化合
物半導体層を形成してなる窒化ガリウム系化合物半導体
装置であって、 前記バッファ層は、ＡｌxＧａ1-xＮ1-yＰy （但し、０
≦ｘ≦１、０＜ｙ＜１） であることを特徴とする窒化
ガリウム系化合物半導体装置。 - 【請求項２】 基板上に順次バッファ層、ＧａＮ系化合
物半導体層を形成してなる窒化ガリウム系化合物半導体
装置であって、 前記バッファ層は、ＡｌxＧａ1-xＮ1-yＡｓy （但し、
０≦ｘ≦１、０＜ｙ＜１） であることを特徴とする窒
化ガリウム系化合物半導体装置。 - 【請求項３】 請求項１，２のいずれか１に記載の装置
において、 前記ＧａＮ系化合物半導体層は、ＧａＮ系発光層を有す
ることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体装置。 - 【請求項４】 窒化ガリウム系化合物半導体装置の製造
方法であって、 基板を第１の温度で加熱処理するステップと、 Ｐを含む原料ガスを供給しつつ前記基板上に第２の温度
でＡｌxＧａ1-xＮ1-yＰy バッファ層（但し、０≦ｘ≦
１、０＜ｙ＜１）を形成するステップと、 前記バッファ層上に第３の温度でＧａＮ系化合物半導体
層を形成するステップと、 を有することを特徴とする製造方法。 - 【請求項５】 窒化ガリウム系化合物半導体装置の製造
方法であって、 基板を第１の温度で加熱処理するステップと、 Ａｓを含む原料ガスを供給しつつ前記基板上に第２の温
度でＡｌxＧａ1-xＮ1- yＡｓy バッファ層（但し、０≦
ｘ≦１、０＜ｙ＜１）を形成するステップと、 前記バッファ層上に第３の温度でＧａＮ系化合物半導体
層を形成するステップと、 を有することを特徴とする製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002053684A JP2003258299A (ja) | 2002-02-28 | 2002-02-28 | 窒化ガリウム系化合物半導体装置及びその製造方法 |
| US10/376,551 US7005685B2 (en) | 2002-02-28 | 2003-02-28 | Gallium-nitride-based compound semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002053684A JP2003258299A (ja) | 2002-02-28 | 2002-02-28 | 窒化ガリウム系化合物半導体装置及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003258299A true JP2003258299A (ja) | 2003-09-12 |
Family
ID=28665049
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002053684A Pending JP2003258299A (ja) | 2002-02-28 | 2002-02-28 | 窒化ガリウム系化合物半導体装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003258299A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100735288B1 (ko) | 2005-08-30 | 2007-07-03 | 삼성전기주식회사 | Ⅲ족 질화물 반도체 박막과 그 제조방법, 및 ⅲ족 질화물반도체 발광소자 |
| WO2009031696A1 (ja) * | 2007-09-04 | 2009-03-12 | Ube Industries, Ltd. | 発光素子形成用複合基板及びその製造方法 |
-
2002
- 2002-02-28 JP JP2002053684A patent/JP2003258299A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100735288B1 (ko) | 2005-08-30 | 2007-07-03 | 삼성전기주식회사 | Ⅲ족 질화물 반도체 박막과 그 제조방법, 및 ⅲ족 질화물반도체 발광소자 |
| WO2009031696A1 (ja) * | 2007-09-04 | 2009-03-12 | Ube Industries, Ltd. | 発光素子形成用複合基板及びその製造方法 |
| JP5388068B2 (ja) * | 2007-09-04 | 2014-01-15 | 宇部興産株式会社 | 発光素子形成用複合基板及びその製造方法 |
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| A977 | Report on retrieval |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20041005 |