JP2003303995A - 窒化物半導体素子及びその製造方法 - Google Patents
窒化物半導体素子及びその製造方法Info
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- JP2003303995A JP2003303995A JP2002109937A JP2002109937A JP2003303995A JP 2003303995 A JP2003303995 A JP 2003303995A JP 2002109937 A JP2002109937 A JP 2002109937A JP 2002109937 A JP2002109937 A JP 2002109937A JP 2003303995 A JP2003303995 A JP 2003303995A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高Ａｌ組成窒化物半導体層を備えた窒化物半
導体素子、更に言えば５原子％以上の高Ａｌ組成窒化物
半導体層を備え、紫外領域の波長の光を発光できる窒化
物半導体素子を提供する。 【解決手段】 本紫外線発光ダイオード１０は、ＡｌＮ
積層サファイア基板１２上に、膜厚１μｍのＳｉドープ
トｎ−Ａｌ0.25ＧａＮ層１４、膜厚５０ｎｍのＳｉドー
プトｎ−ＡｌＧａＩｎＮ活性層１６、膜厚３ｎｍのＡｌ
0.25ＧａＮ層／膜厚３ｎｍのＭｇドープトｐ−ＧａＮ層
からなる５周期超格子層１８、及び膜厚０．１μｍのＭ
ｇドープトｐ−ＧａＮ層２０の積層構造を備えている。
ＡｌＮ積層サファイア基板１２は、サファイア基板１２
ａのＣ面上に直接又は低温成長バッファ層（図示せず）
を介して膜厚１μｍのＡｌＮ層１２ｂが積層されてい
る。
導体素子、更に言えば５原子％以上の高Ａｌ組成窒化物
半導体層を備え、紫外領域の波長の光を発光できる窒化
物半導体素子を提供する。 【解決手段】 本紫外線発光ダイオード１０は、ＡｌＮ
積層サファイア基板１２上に、膜厚１μｍのＳｉドープ
トｎ−Ａｌ0.25ＧａＮ層１４、膜厚５０ｎｍのＳｉドー
プトｎ−ＡｌＧａＩｎＮ活性層１６、膜厚３ｎｍのＡｌ
0.25ＧａＮ層／膜厚３ｎｍのＭｇドープトｐ−ＧａＮ層
からなる５周期超格子層１８、及び膜厚０．１μｍのＭ
ｇドープトｐ−ＧａＮ層２０の積層構造を備えている。
ＡｌＮ積層サファイア基板１２は、サファイア基板１２
ａのＣ面上に直接又は低温成長バッファ層（図示せず）
を介して膜厚１μｍのＡｌＮ層１２ｂが積層されてい
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化物半導体素子
及びその製造方法に関し、更に詳細には、高Ａｌ組成窒
化物半導体層を備え、紫外領域の光を発光できる窒化物
半導体素子及びその製造方法に関するものである。
及びその製造方法に関し、更に詳細には、高Ａｌ組成窒
化物半導体層を備え、紫外領域の光を発光できる窒化物
半導体素子及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ等
の窒化物半導体層の積層構造を備えた窒化物半導体素子
を作製する際には、積層構造を形成する基板として、従
来、サファイア基板が用いられている。そして、低温成
長させたＧａＮ層（低温成長バッファ層）を介してサフ
ァイア基板上に窒化物半導体層をＭＯＣＶＤ法によりエ
ピタキシャル成長させている。最近、サファイア基板に
代えて、ＧａＮ基板を基板として使用することが試みら
れ、多くの研究機関でＧａＮ基板を作製する研究が行な
われている。
の窒化物半導体層の積層構造を備えた窒化物半導体素子
を作製する際には、積層構造を形成する基板として、従
来、サファイア基板が用いられている。そして、低温成
長させたＧａＮ層（低温成長バッファ層）を介してサフ
ァイア基板上に窒化物半導体層をＭＯＣＶＤ法によりエ
ピタキシャル成長させている。最近、サファイア基板に
代えて、ＧａＮ基板を基板として使用することが試みら
れ、多くの研究機関でＧａＮ基板を作製する研究が行な
われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、波長の短い
光、例えば波長が４００ｎｍ以下の光を発光する窒化物
半導体素子を実現するためには、高Ａｌ組成の窒化物半
導体層、例えば５原子％以上のＡｌ組成の窒化物半導体
層の積層構造を形成することが必要である。仮に、発光
波長３５０ｎｍの紫外線発光ダイオードなどを作製しよ
うとすると、例えば活性層として発光波長３５０ｎｍの
ＡｌＧａＩｎＮ層と、クラッド層として３５０ｎｍより
短い波長に相当するバンドギャップ・エネルギーのＡｌ
XＧａＮ（Ｘ≧０．０５）層を形成することが必要であ
る。
光、例えば波長が４００ｎｍ以下の光を発光する窒化物
半導体素子を実現するためには、高Ａｌ組成の窒化物半
導体層、例えば５原子％以上のＡｌ組成の窒化物半導体
層の積層構造を形成することが必要である。仮に、発光
波長３５０ｎｍの紫外線発光ダイオードなどを作製しよ
うとすると、例えば活性層として発光波長３５０ｎｍの
ＡｌＧａＩｎＮ層と、クラッド層として３５０ｎｍより
短い波長に相当するバンドギャップ・エネルギーのＡｌ
XＧａＮ（Ｘ≧０．０５）層を形成することが必要であ
る。
【０００４】しかし、サファイア基板上に、直接、膜厚
１μｍ程度のＡｌXＧａＮ（Ｘ≧０．０５）層をＭＯＣ
ＶＤ法によりエピタキシャル成長させようとすると、サ
ファイア基板が割れたり、ＡｌＧａＮ層にクラックが入
ったり、或いはＡｌＧａＮ層のＡｌ組成の面内分布が不
均一になったりして、高品質な結晶のＡｌＧａＮ層を成
長させることは出来なかった。また、ＧａＮ層を介して
サファイア基板上に、又はＧａＮ基板上に直接、高Ａｌ
組成の窒化物半導体層、例えばＡｌXＧａＮ（Ｘ≧０．
０５）層の積層構造を形成する場合もサファイア基板の
場合と同じであって、ＡｌXＧａＮ（Ｘ≧０．０５）層
の膜厚が１μｍ程度の薄い場合でも、積層構造のＡｌX
ＧａＮ（Ｘ≧０．０５）層に結晶欠陥やクラックが発生
し、良好な膜質のＡｌXＧａＮ（Ｘ≧０．０５）層の積
層構造を形成することが難しいという問題があった。
１μｍ程度のＡｌXＧａＮ（Ｘ≧０．０５）層をＭＯＣ
ＶＤ法によりエピタキシャル成長させようとすると、サ
ファイア基板が割れたり、ＡｌＧａＮ層にクラックが入
ったり、或いはＡｌＧａＮ層のＡｌ組成の面内分布が不
均一になったりして、高品質な結晶のＡｌＧａＮ層を成
長させることは出来なかった。また、ＧａＮ層を介して
サファイア基板上に、又はＧａＮ基板上に直接、高Ａｌ
組成の窒化物半導体層、例えばＡｌXＧａＮ（Ｘ≧０．
０５）層の積層構造を形成する場合もサファイア基板の
場合と同じであって、ＡｌXＧａＮ（Ｘ≧０．０５）層
の膜厚が１μｍ程度の薄い場合でも、積層構造のＡｌX
ＧａＮ（Ｘ≧０．０５）層に結晶欠陥やクラックが発生
し、良好な膜質のＡｌXＧａＮ（Ｘ≧０．０５）層の積
層構造を形成することが難しいという問題があった。
【０００５】また、窒化物半導体層を成長させる基板と
してＳｉＣ基板が提案されているが、ＳｉＣ基板は、高
価なために、窒化物半導体素子の作製コストが嵩むこと
に加えて、ＧａＮ基板上に成長させる程には著しくはな
いが、窒化物半導体素子として必要な厚さのＡｌＧａＮ
層を成長させると、やはりクラックが発生してしまう問
題があった。
してＳｉＣ基板が提案されているが、ＳｉＣ基板は、高
価なために、窒化物半導体素子の作製コストが嵩むこと
に加えて、ＧａＮ基板上に成長させる程には著しくはな
いが、窒化物半導体素子として必要な厚さのＡｌＧａＮ
層を成長させると、やはりクラックが発生してしまう問
題があった。
【０００６】そこで、本発明の目的は、高Ａｌ組成窒化
物半導体層を備えた窒化物半導体素子及びその製造方
法、更に言えば５原子％以上の高Ａｌ組成窒化物半導体
層を備え、紫外領域の波長の光を発光できる窒化物半導
体素子及びその製造方法を提供することである。
物半導体層を備えた窒化物半導体素子及びその製造方
法、更に言えば５原子％以上の高Ａｌ組成窒化物半導体
層を備え、紫外領域の波長の光を発光できる窒化物半導
体素子及びその製造方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する研究
の過程で、本発明者は、クラックの発生は、主として、
基板と高Ａｌ組成窒化物半導体層との間の格子定数差や
熱膨張係数差による歪みの発生に起因すると考え、高Ａ
ｌ組成窒化物半導体層の歪み方向と異なる歪み方向を有
するＡｌＮ基板、又はＡｌＮ積層サファイア基板上に高
Ａｌ組成窒化物半導体層を成長させることを着想し、以
下の実験例１及び２を行った。
の過程で、本発明者は、クラックの発生は、主として、
基板と高Ａｌ組成窒化物半導体層との間の格子定数差や
熱膨張係数差による歪みの発生に起因すると考え、高Ａ
ｌ組成窒化物半導体層の歪み方向と異なる歪み方向を有
するＡｌＮ基板、又はＡｌＮ積層サファイア基板上に高
Ａｌ組成窒化物半導体層を成長させることを着想し、以
下の実験例１及び２を行った。
【０００８】ここで、ＡｌＮ積層サファイア基板とは、
ＡｌＮバルク層の性状を示す程度の膜厚、例えば１μｍ
の膜厚の単結晶ＡｌＮ層をサファイア基板上に直接、又
は低温バッファ層を介して積層した基板である。尚、Ａ
ｌＮ積層サファイア基板については、サファイア基板上
にクラックのない品質良好な単結晶ＡｌＮ層をミクロン
オーダーの厚みで作製することが出来ることが報告され
ている（２００１年９月１１〜１４日 応用物理学会、
１１ａ−Ｎ−４、１１ａ−Ｎ−５、１１ｐ−Ｎ−１
４）。また、膜厚２０ｎｍ〜５０ｎｍのＡｌＮ層又はＧ
ａＮ層、いわゆる低温バッファー層を５００℃でサファ
イア基板上に堆積した後、膜厚１μｍオーダーの単結晶
ＡｌＮ層を積層したＡｌＮ積層サファイア基板も、基板
の大きさに制限があるが使用できる。ＡｌＮ基板は、例
えばＡｌＮ積層サファイア基板のサファイア基板を研
磨、除去することにより、ＡｌＮ基板を作製することが
できる。
ＡｌＮバルク層の性状を示す程度の膜厚、例えば１μｍ
の膜厚の単結晶ＡｌＮ層をサファイア基板上に直接、又
は低温バッファ層を介して積層した基板である。尚、Ａ
ｌＮ積層サファイア基板については、サファイア基板上
にクラックのない品質良好な単結晶ＡｌＮ層をミクロン
オーダーの厚みで作製することが出来ることが報告され
ている（２００１年９月１１〜１４日 応用物理学会、
１１ａ−Ｎ−４、１１ａ−Ｎ−５、１１ｐ−Ｎ−１
４）。また、膜厚２０ｎｍ〜５０ｎｍのＡｌＮ層又はＧ
ａＮ層、いわゆる低温バッファー層を５００℃でサファ
イア基板上に堆積した後、膜厚１μｍオーダーの単結晶
ＡｌＮ層を積層したＡｌＮ積層サファイア基板も、基板
の大きさに制限があるが使用できる。ＡｌＮ基板は、例
えばＡｌＮ積層サファイア基板のサファイア基板を研
磨、除去することにより、ＡｌＮ基板を作製することが
できる。
【０００９】実験例１
実験例１では、ＧａＮ基板、膜厚１μｍの単結晶ＧａＮ
層をサファイア基板上に積層したＧａＮ積層サファイア
基板、ＳｉＣ基板、及び膜厚１μｍの単結晶ＡｌＮ層を
サファイア基板のＣ面上に積層したＡｌＮ積層サファイ
ア基板の４種類の基板を使用した。そして、各基板上に
０．２μｍから１．０μｍにわたる種々の膜厚のＡｌ
0.25ＧａＮ単膜をＭＯＣＶＤ法により成長温度１０００
℃でエピタキシャル成長させ、Ａｌ0.25ＧａＮ単膜に発
生したクラックのクラック密度（クラック本数／ｍ
ｍ 2 ）を計測し、図３に示す結果を得た。つまり、本実
験例では、Ａｌ0.25ＧａＮ層のクラック密度の基板依存
性を調べた。
層をサファイア基板上に積層したＧａＮ積層サファイア
基板、ＳｉＣ基板、及び膜厚１μｍの単結晶ＡｌＮ層を
サファイア基板のＣ面上に積層したＡｌＮ積層サファイ
ア基板の４種類の基板を使用した。そして、各基板上に
０．２μｍから１．０μｍにわたる種々の膜厚のＡｌ
0.25ＧａＮ単膜をＭＯＣＶＤ法により成長温度１０００
℃でエピタキシャル成長させ、Ａｌ0.25ＧａＮ単膜に発
生したクラックのクラック密度（クラック本数／ｍ
ｍ 2 ）を計測し、図３に示す結果を得た。つまり、本実
験例では、Ａｌ0.25ＧａＮ層のクラック密度の基板依存
性を調べた。
【００１０】図３に示すように、ＧａＮ基板上にＡｌ
0.25ＧａＮ層を成長させたときには、膜厚０．２５μｍ
程度で５０クラック本数／ｍｍ2 以上のクラック密度に
なった。ＧａＮ積層サファイア基板上にＡｌ0.25ＧａＮ
層を成長させたときには、膜厚０．５μｍ程度で５０ク
ラック本数／ｍｍ2 のクラック密度になった。また、Ｓ
ｉＣ基板上にＡｌ0.25ＧａＮ層を成長させたときには、
膜厚１．０μｍで３５クラック本数／ｍｍ2 のクラック
密度になった。これでは、Ａｌ0.25ＧａＮ層を備えた窒
化物半導体素子を作製した際の歩留りが悪く、経済的で
ない。一方、ＡｌＮ積層サファイア基板上にＡｌ0.25Ｇ
ａＮ層を成長させたときには、膜厚１．０μｍ程度でも
クラックは殆ど発生していない。尚、Ａｌ0.25ＧａＮ層
の膜厚が０．０μｍのときのデータは、基板自体のクラ
ック密度を表していて、いずれの基板でもクラック密度
は０であった。
0.25ＧａＮ層を成長させたときには、膜厚０．２５μｍ
程度で５０クラック本数／ｍｍ2 以上のクラック密度に
なった。ＧａＮ積層サファイア基板上にＡｌ0.25ＧａＮ
層を成長させたときには、膜厚０．５μｍ程度で５０ク
ラック本数／ｍｍ2 のクラック密度になった。また、Ｓ
ｉＣ基板上にＡｌ0.25ＧａＮ層を成長させたときには、
膜厚１．０μｍで３５クラック本数／ｍｍ2 のクラック
密度になった。これでは、Ａｌ0.25ＧａＮ層を備えた窒
化物半導体素子を作製した際の歩留りが悪く、経済的で
ない。一方、ＡｌＮ積層サファイア基板上にＡｌ0.25Ｇ
ａＮ層を成長させたときには、膜厚１．０μｍ程度でも
クラックは殆ど発生していない。尚、Ａｌ0.25ＧａＮ層
の膜厚が０．０μｍのときのデータは、基板自体のクラ
ック密度を表していて、いずれの基板でもクラック密度
は０であった。
【００１１】実験例１は、ＡｌＧａＮ層に、圧縮歪みが
入るか、引っ張り歪みが入るかにより、クラック密度の
大小、つまりクラックの発生確率が異なるという考え方
で説明できる。つまり、圧縮歪みのときには、クラック
密度は小さく、引っ張り歪みのときには、クラック密度
は大きくなる。ＡｌＮ積層サファイア基板上に成長させ
たＡｌ0.25ＧａＮ層のクラック密度が小さいのは、基板
上に成長したＡｌＧａＮ層に圧縮歪みが導入されるた
め、引っ張り歪みの発生により引き裂かれるようにクラ
ックが生じる他の基板の場合とは異なり、クラックの発
生及び進行が抑えられるからであると考えられる。実験
例１の結果から、高Ａｌ組成窒化物半導体層を積層する
基板として、上述の４種類の基板のなかでＡｌＮ積層サ
ファイア基板が最も望ましい基板であると評価できる。
入るか、引っ張り歪みが入るかにより、クラック密度の
大小、つまりクラックの発生確率が異なるという考え方
で説明できる。つまり、圧縮歪みのときには、クラック
密度は小さく、引っ張り歪みのときには、クラック密度
は大きくなる。ＡｌＮ積層サファイア基板上に成長させ
たＡｌ0.25ＧａＮ層のクラック密度が小さいのは、基板
上に成長したＡｌＧａＮ層に圧縮歪みが導入されるた
め、引っ張り歪みの発生により引き裂かれるようにクラ
ックが生じる他の基板の場合とは異なり、クラックの発
生及び進行が抑えられるからであると考えられる。実験
例１の結果から、高Ａｌ組成窒化物半導体層を積層する
基板として、上述の４種類の基板のなかでＡｌＮ積層サ
ファイア基板が最も望ましい基板であると評価できる。
【００１２】実験例２
実験例２では、０．５μｍから３．０μｍにわたる種々
の膜厚をパラメータにして、膜厚１μｍの単結晶ＡｌＮ
層を積層したＡｌＮ積層サファイア基板上に、Ａｌ組成
ＸがIII 族原子に対して０％から３０％のＡｌ組成のＡ
ｌX Ｇａ1-X Ｎ層をＭＯＣＶＤ法により成長温度１００
０℃でエピタキシャル成長させ、発生したクラックのク
ラック密度を計測し、図４に示す結果を得た。つまり、
本実験例では、ＡｌＧａＮのＡｌ組成と膜厚に対するク
ラック密度の関係を調べた。
の膜厚をパラメータにして、膜厚１μｍの単結晶ＡｌＮ
層を積層したＡｌＮ積層サファイア基板上に、Ａｌ組成
ＸがIII 族原子に対して０％から３０％のＡｌ組成のＡ
ｌX Ｇａ1-X Ｎ層をＭＯＣＶＤ法により成長温度１００
０℃でエピタキシャル成長させ、発生したクラックのク
ラック密度を計測し、図４に示す結果を得た。つまり、
本実験例では、ＡｌＧａＮのＡｌ組成と膜厚に対するク
ラック密度の関係を調べた。
【００１３】図４に示すように、１５原子％のＡｌ組成
では、エピタキシャル成長させたＡｌＧａＮ層の膜厚が
３μｍ以下で、２０原子％のＡｌ組成では、膜厚が２μ
ｍ以下で、また、２５原子％のＡｌ組成では、膜厚が１
μｍ以下で、更には３０原子％のＡｌ組成では、膜厚が
０．５μｍ以下で、クラック密度がほぼ０である。従っ
て、実験例２は、基板としてＡｌＮ積層サファイア基板
を使用すれば、少なくとも膜厚３μｍでクラックの無い
結晶性の良好な、Ａｌ組成が５原子％以上のＡｌＧａＮ
層をエピタキシャル成長させることができることを示し
ている。
では、エピタキシャル成長させたＡｌＧａＮ層の膜厚が
３μｍ以下で、２０原子％のＡｌ組成では、膜厚が２μ
ｍ以下で、また、２５原子％のＡｌ組成では、膜厚が１
μｍ以下で、更には３０原子％のＡｌ組成では、膜厚が
０．５μｍ以下で、クラック密度がほぼ０である。従っ
て、実験例２は、基板としてＡｌＮ積層サファイア基板
を使用すれば、少なくとも膜厚３μｍでクラックの無い
結晶性の良好な、Ａｌ組成が５原子％以上のＡｌＧａＮ
層をエピタキシャル成長させることができることを示し
ている。
【００１４】上記目的を達成するために、上述の実験結
果に基づいて、本発明に係る窒化物半導体素子は、単結
晶ＡｌＮ基板、又は単結晶ＡｌＮ層を基板主面に積層し
たＡｌＮ積層サファイア基板上に高Ａｌ組成窒化物半導
体層を有する積層構造を備えていることを特徴としてい
る。
果に基づいて、本発明に係る窒化物半導体素子は、単結
晶ＡｌＮ基板、又は単結晶ＡｌＮ層を基板主面に積層し
たＡｌＮ積層サファイア基板上に高Ａｌ組成窒化物半導
体層を有する積層構造を備えていることを特徴としてい
る。
【００１５】本発明では、単結晶ＡｌＮ基板、又は単結
晶ＡｌＮ層を基板主面に積層したＡｌＮ積層サファイア
基板上に高Ａｌ組成窒化物半導体層を有する積層構造を
形成することにより、高Ａｌ組成窒化物半導体層に圧縮
歪みが導入されるため、引っ張り歪みの発生により引き
裂かれるようにクラックが生じる非ＡｌＮ系基板とは異
なり、高Ａｌ組成窒化物半導体層でのクラックの発生、
進行が抑えられる。これにより、クラック等の欠陥の極
めて少ない高品質の高Ａｌ組成窒化物半導体層を有し、
波長が短い光を発光できる窒化物半導体素子を実現する
ことができる。
晶ＡｌＮ層を基板主面に積層したＡｌＮ積層サファイア
基板上に高Ａｌ組成窒化物半導体層を有する積層構造を
形成することにより、高Ａｌ組成窒化物半導体層に圧縮
歪みが導入されるため、引っ張り歪みの発生により引き
裂かれるようにクラックが生じる非ＡｌＮ系基板とは異
なり、高Ａｌ組成窒化物半導体層でのクラックの発生、
進行が抑えられる。これにより、クラック等の欠陥の極
めて少ない高品質の高Ａｌ組成窒化物半導体層を有し、
波長が短い光を発光できる窒化物半導体素子を実現する
ことができる。
【００１６】本発明で使用するＡｌＮ積層サファイア基
板は、ＡｌＮバルク層の性状を示す膜厚の単結晶ＡｌＮ
層を積層したサファイア基板である限り、ＡｌＮ積層サ
ファイア基板の構成に制約はなく、例えばサファイア基
板上に低温成長バッファ層を介して単結晶ＡｌＮ層が設
けたものでも良い。好適には、ＡｌＮ積層サファイア基
板の単結晶ＡｌＮ層は、膜厚が１μｍ以上である。本発
明で窒化物半導体層とは、Ｖ族として窒素（Ｎ）を有
し、組成がＡｌaＢbＧａcＩｎd ＮxＰyＡｓz（ａ＋ｂ＋
ｃ＋ｄ＝１、０≦ａ、ｂ、ｃ、ｄ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝
１、０＜ｘ≦１、０≦ｙ、ｚ≦１）で表示される化合物
半導体層を言う。また、窒化物半導体素子とは、半導体
レーザ素子及び発光ダイオードの半導体発光素子に加え
て、トランジスタ等電子素子をも含む概念である。
板は、ＡｌＮバルク層の性状を示す膜厚の単結晶ＡｌＮ
層を積層したサファイア基板である限り、ＡｌＮ積層サ
ファイア基板の構成に制約はなく、例えばサファイア基
板上に低温成長バッファ層を介して単結晶ＡｌＮ層が設
けたものでも良い。好適には、ＡｌＮ積層サファイア基
板の単結晶ＡｌＮ層は、膜厚が１μｍ以上である。本発
明で窒化物半導体層とは、Ｖ族として窒素（Ｎ）を有
し、組成がＡｌaＢbＧａcＩｎd ＮxＰyＡｓz（ａ＋ｂ＋
ｃ＋ｄ＝１、０≦ａ、ｂ、ｃ、ｄ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝
１、０＜ｘ≦１、０≦ｙ、ｚ≦１）で表示される化合物
半導体層を言う。また、窒化物半導体素子とは、半導体
レーザ素子及び発光ダイオードの半導体発光素子に加え
て、トランジスタ等電子素子をも含む概念である。
【００１７】本発明の窒化物半導体素子は、高Ａｌ組成
窒化物半導体層の組成に制約なく適用できるものの、好
適には高Ａｌ組成窒化物半導体層のＡｌ組成のIII 族組
成比が３原子％以上、更に好適には５原子％であって、
かつ高Ａｌ組成窒化物半導体層の膜厚が０．１μｍ以上
である窒化物半導体素子に適用できる。好適には、高Ａ
ｌ組成窒化物半導体層のＡｌ組成がIII 族組成比で３原
子％以上であって、かつ高Ａｌ組成窒化物半導体層の膜
厚が０．３μｍ以上である。以上の構成により４００ｎ
ｍ以下の発光波長で発光する窒化物半導体素子を実現す
ることができる。
窒化物半導体層の組成に制約なく適用できるものの、好
適には高Ａｌ組成窒化物半導体層のＡｌ組成のIII 族組
成比が３原子％以上、更に好適には５原子％であって、
かつ高Ａｌ組成窒化物半導体層の膜厚が０．１μｍ以上
である窒化物半導体素子に適用できる。好適には、高Ａ
ｌ組成窒化物半導体層のＡｌ組成がIII 族組成比で３原
子％以上であって、かつ高Ａｌ組成窒化物半導体層の膜
厚が０．３μｍ以上である。以上の構成により４００ｎ
ｍ以下の発光波長で発光する窒化物半導体素子を実現す
ることができる。
【００１８】また、本発明に係る窒化物半導体素子の製
造方法は、４００ｎｍ以下の発光波長で発光する窒化物
半導体素子の製造方法であって、単結晶ＡｌＮ基板、又
は単結晶ＡｌＮ層を基板主面に積層したＡｌＮ積層サフ
ァイア基板上に、Ａｌ組成がIII 族組成比で３原子％以
上であって、かつ膜厚が０．１μｍ以上である高Ａｌ組
成窒化物半導体層を有機金属気相成長法（MetalOrganic
Chemical Vapor Deposition ：ＭＯＣＶＤ法）により
エピタキシャル成長させることを特徴としている。本発
明方法によれば、単結晶ＡｌＮ基板、又は単結晶ＡｌＮ
層を基板主面に積層したＡｌＮ積層サファイア基板上に
エピタキシャル成長させることにより、クラック等の欠
陥が極めて少ない高Ａｌ組成窒化物半導体層を形成する
ことができる。
造方法は、４００ｎｍ以下の発光波長で発光する窒化物
半導体素子の製造方法であって、単結晶ＡｌＮ基板、又
は単結晶ＡｌＮ層を基板主面に積層したＡｌＮ積層サフ
ァイア基板上に、Ａｌ組成がIII 族組成比で３原子％以
上であって、かつ膜厚が０．１μｍ以上である高Ａｌ組
成窒化物半導体層を有機金属気相成長法（MetalOrganic
Chemical Vapor Deposition ：ＭＯＣＶＤ法）により
エピタキシャル成長させることを特徴としている。本発
明方法によれば、単結晶ＡｌＮ基板、又は単結晶ＡｌＮ
層を基板主面に積層したＡｌＮ積層サファイア基板上に
エピタキシャル成長させることにより、クラック等の欠
陥が極めて少ない高Ａｌ組成窒化物半導体層を形成する
ことができる。
【００１９】好適には、Ａｌ組成がIII 族組成比で３原
子％以上であって、かつ膜厚が０．３μｍ以上である高
Ａｌ組成窒化物半導体層をＭＯＣＶＤ法によりエピタキ
シャル成長させる。更に好適には、Ａｌ組成がIII 族組
成比で５原子％以上であって、かつ膜厚が０．３μｍ以
上である高Ａｌ組成窒化物半導体層をＭＯＣＶＤ法によ
りエピタキシャル成長させる。更に好適には、Ａｌ組成
がIII 族組成比で１０原子％以上であって、かつ膜厚が
０．３μｍ以上である高Ａｌ組成窒化物半導体層をＭＯ
ＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。
子％以上であって、かつ膜厚が０．３μｍ以上である高
Ａｌ組成窒化物半導体層をＭＯＣＶＤ法によりエピタキ
シャル成長させる。更に好適には、Ａｌ組成がIII 族組
成比で５原子％以上であって、かつ膜厚が０．３μｍ以
上である高Ａｌ組成窒化物半導体層をＭＯＣＶＤ法によ
りエピタキシャル成長させる。更に好適には、Ａｌ組成
がIII 族組成比で１０原子％以上であって、かつ膜厚が
０．３μｍ以上である高Ａｌ組成窒化物半導体層をＭＯ
ＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下に、添付図面を参照し、実施
形態例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に
説明する。窒化物半導体素子の実施形態例 本実施形態例は、波長３６０ｎｍの光を発光する紫外線
発光ダイオードに本発明に係る窒化物半導体素子を適用
した実施形態の一例である。図１は本実施形態例の紫外
線発光ダイオードの構成を示す断面図である。本実施形
態例の紫外線発光ダイオード１０は、図１に示すよう
に、ＡｌＮ積層サファイア基板１２上に、膜厚１μｍの
Ｓｉドープトｎ−Ａｌ0.25ＧａＮ層１４、膜厚５０ｎｍ
のＳｉドープトｎ−ＡｌＧａＩｎＮ活性層１６、膜厚３
ｎｍのＡｌ0.25ＧａＮ層／膜厚３ｎｍのＭｇドープトｐ
−ＧａＮ層からなる５周期超格子層１８、及び膜厚０．
１μｍのＭｇドープトｐ−ＧａＮ層２０の積層構造を備
えている。
形態例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に
説明する。窒化物半導体素子の実施形態例 本実施形態例は、波長３６０ｎｍの光を発光する紫外線
発光ダイオードに本発明に係る窒化物半導体素子を適用
した実施形態の一例である。図１は本実施形態例の紫外
線発光ダイオードの構成を示す断面図である。本実施形
態例の紫外線発光ダイオード１０は、図１に示すよう
に、ＡｌＮ積層サファイア基板１２上に、膜厚１μｍの
Ｓｉドープトｎ−Ａｌ0.25ＧａＮ層１４、膜厚５０ｎｍ
のＳｉドープトｎ−ＡｌＧａＩｎＮ活性層１６、膜厚３
ｎｍのＡｌ0.25ＧａＮ層／膜厚３ｎｍのＭｇドープトｐ
−ＧａＮ層からなる５周期超格子層１８、及び膜厚０．
１μｍのＭｇドープトｐ−ＧａＮ層２０の積層構造を備
えている。
【００２１】ＡｌＮ積層サファイア基板１２は、サファ
イア基板１２ａのＣ面上に直接又は低温成長バッファ層
（図示せず）を介して膜厚１μｍの単結晶ＡｌＮ層１２
ｂが積層されている。Ｓｉドープトｎ−ＡｌＧａＩｎＮ
活性層１６の組成は、Ａｌ組成が２０原子％、Ｉｎ組成
が５原子％である。また、ｐ−ＧａＮ層２０上にはｐ側
電極（図示せず）が、また、積層構造の上面からＲＩＥ
装置（Reactive Ion Etching装置）によりＳｉドープｎ
−Ａｌ0.25ＧａＮ層１４の上部層までエッチングして露
出させたＳｉドープｎ−Ａｌ0.25ＧａＮ層１４の露出面
にはｎ側電極（図示せず）が設けてある。
イア基板１２ａのＣ面上に直接又は低温成長バッファ層
（図示せず）を介して膜厚１μｍの単結晶ＡｌＮ層１２
ｂが積層されている。Ｓｉドープトｎ−ＡｌＧａＩｎＮ
活性層１６の組成は、Ａｌ組成が２０原子％、Ｉｎ組成
が５原子％である。また、ｐ−ＧａＮ層２０上にはｐ側
電極（図示せず）が、また、積層構造の上面からＲＩＥ
装置（Reactive Ion Etching装置）によりＳｉドープｎ
−Ａｌ0.25ＧａＮ層１４の上部層までエッチングして露
出させたＳｉドープｎ−Ａｌ0.25ＧａＮ層１４の露出面
にはｎ側電極（図示せず）が設けてある。
【００２２】本実施形態例では、ＡｌＮ積層サファイア
基板１２上にｎ−Ａｌ0.25ＧａＮ層１４およびＡｌ0.25
ＧａＮ（１８の一部）を成長させているので、成長した
ｎ−Ａｌ0.25ＧａＮ層１４およびＡｌ0.25ＧａＮ（１８
の一部）には殆どクラックが発生していない。よって、
波長３６０ｎｍの紫外線を長期間にわたり安定して発光
する紫外線発光ダイオードが実現されている。
基板１２上にｎ−Ａｌ0.25ＧａＮ層１４およびＡｌ0.25
ＧａＮ（１８の一部）を成長させているので、成長した
ｎ−Ａｌ0.25ＧａＮ層１４およびＡｌ0.25ＧａＮ（１８
の一部）には殆どクラックが発生していない。よって、
波長３６０ｎｍの紫外線を長期間にわたり安定して発光
する紫外線発光ダイオードが実現されている。
【００２３】窒化物半導体素子の製造方法の実施形態例
本実施形態例は、本発明に係る窒化物半導体素子の製造
方法を上述の紫外線発光ダイオード１０の製造に適用し
た実施形態の一例である。図２は有機金属気相成長装置
（ＭＯＣＶＤ装置）の概略構成を示すフローシートであ
る。先ず、図２を参照して、本実施形態例の窒化物半導
体素子の製造方法を実施する際に使用するＭＯＣＶＤ装
置の構成を説明する。ＭＯＣＶＤ装置３０は、基板Ｗを
載置させるサセプタ３２と、サセプタ３２の下側に設け
られ、サセプタ３２を介して基板Ｗを加熱するヒータ３
４とを収容した反応管３６と、反応管３６に原料ガスを
供給するガス供給系３８と、反応管３６を排気して排気
ガスを除害する除害装置（図示せず）とを備えている。
方法を上述の紫外線発光ダイオード１０の製造に適用し
た実施形態の一例である。図２は有機金属気相成長装置
（ＭＯＣＶＤ装置）の概略構成を示すフローシートであ
る。先ず、図２を参照して、本実施形態例の窒化物半導
体素子の製造方法を実施する際に使用するＭＯＣＶＤ装
置の構成を説明する。ＭＯＣＶＤ装置３０は、基板Ｗを
載置させるサセプタ３２と、サセプタ３２の下側に設け
られ、サセプタ３２を介して基板Ｗを加熱するヒータ３
４とを収容した反応管３６と、反応管３６に原料ガスを
供給するガス供給系３８と、反応管３６を排気して排気
ガスを除害する除害装置（図示せず）とを備えている。
【００２４】ガス供給系３８は、アンモニアボンベ４０
からマスフローラコントローラ（以下、ＭＦＣと言う）
４２を介し反応管ライン４４により反応管３６に窒素原
料としてアンモニアを供給するアンモニア供給系と、水
素源から供給された水素ガスを高純度化し、高純度水素
ガスをＭＦＣ４６及び反応管ライン４４を経由して反応
管３６に供給する水素純化装置４８を有し、水素ガスを
キャリアガスとして供給する水素ガス供給系とを備えて
いる。
からマスフローラコントローラ（以下、ＭＦＣと言う）
４２を介し反応管ライン４４により反応管３６に窒素原
料としてアンモニアを供給するアンモニア供給系と、水
素源から供給された水素ガスを高純度化し、高純度水素
ガスをＭＦＣ４６及び反応管ライン４４を経由して反応
管３６に供給する水素純化装置４８を有し、水素ガスを
キャリアガスとして供給する水素ガス供給系とを備えて
いる。
【００２５】また、ガス供給系３８は、III 族有機金属
化合物を収容したバブラ５０を備え、水素純化装置４８
からＭＦＣ５２を介して供給された水素ガスによりIII
族有機金属を気化させ、水素ガスに同伴させて反応管ラ
イン４４により反応管３６にIII 族有機金属原料ガスを
供給するIII 族有機金属供給系と、モノシラン（ＳｉＨ
4）ボンベ５４からＭＦＣ５６を介し、反応管ライン４
４により反応管３６にモノシランをＳｉ原料として供給
するモノシラン供給系とを備えている。更に、ガス供給
系４８は、ベントライン５８に接続されたバイパスライ
ンを各供給ラインに備え、かつバイパスラインの操作の
ために供給ライン及びバイパスラインに開閉弁６０、６
２、６４、６６、６８、７０を備えている。更に、水素
ガス供給系はＭＦＣ７２を経てベントライン５８に水素
ガスを流出させることができる。
化合物を収容したバブラ５０を備え、水素純化装置４８
からＭＦＣ５２を介して供給された水素ガスによりIII
族有機金属を気化させ、水素ガスに同伴させて反応管ラ
イン４４により反応管３６にIII 族有機金属原料ガスを
供給するIII 族有機金属供給系と、モノシラン（ＳｉＨ
4）ボンベ５４からＭＦＣ５６を介し、反応管ライン４
４により反応管３６にモノシランをＳｉ原料として供給
するモノシラン供給系とを備えている。更に、ガス供給
系４８は、ベントライン５８に接続されたバイパスライ
ンを各供給ラインに備え、かつバイパスラインの操作の
ために供給ライン及びバイパスラインに開閉弁６０、６
２、６４、６６、６８、７０を備えている。更に、水素
ガス供給系はＭＦＣ７２を経てベントライン５８に水素
ガスを流出させることができる。
【００２６】アンモニアボンベ４０からのアンモニアガ
ス、バブラ５０から発生したIII 族有機金属原料ガス、
及びモノシランボンベ５４からのＳｉ原料ガスを反応管
ライン４４からベントライン５８に、或いはその逆に切
り換える際には、それぞれ、開閉弁６０、６２の開閉に
より、開閉弁６４、６６の開閉により、及び開閉弁６
８、７０の開閉により切り換えを行うことができるよう
になっている。尚、本例では示していないが、水素ガス
のみならず、窒素純化装置を通した窒素なども上記水素
ガスと同様な装置構成にすることにより反応管４４にキ
ャリアガスとして窒素ガスを供給することが出来る。
ス、バブラ５０から発生したIII 族有機金属原料ガス、
及びモノシランボンベ５４からのＳｉ原料ガスを反応管
ライン４４からベントライン５８に、或いはその逆に切
り換える際には、それぞれ、開閉弁６０、６２の開閉に
より、開閉弁６４、６６の開閉により、及び開閉弁６
８、７０の開閉により切り換えを行うことができるよう
になっている。尚、本例では示していないが、水素ガス
のみならず、窒素純化装置を通した窒素なども上記水素
ガスと同様な装置構成にすることにより反応管４４にキ
ャリアガスとして窒素ガスを供給することが出来る。
【００２７】バブラ５０及びモノシランボンベ５４内
に、それぞれ、例えばＧａ原料としてトリメチルガリウ
ム（ＴＭＧ）、及びＳｉ原料として窒素ガスで濃度２０
ｐｐｍに希釈したモノシラン（ＳｉＨ4）を収容する。
水素純化装置４８からＭＦＣ５２を経てバブラ５０内に
水素ガスを供給して、蒸気圧分のＴＭＧ原料ガスをキャ
リアガスである水素ガスとともにバブラ５０から反応管
ライン４４を通って反応管３６に供給する。窒素原料と
してはアンモニア（ＮＨ3）を用い、ＭＦＣ４２で流量
を制御しつつ開閉弁６０、６２の開閉により切り換え
て、アンモニアガスを反応管３６またはベントライン５
８に導入する。また、ｐ型不純物としてはＭｇを導入す
る。具体的な原料の一例としては、ビスシクロペンタジ
エニルマグネシウム｛Ｍｇ（Ｃ5Ｈ5）2｝を用いる。
に、それぞれ、例えばＧａ原料としてトリメチルガリウ
ム（ＴＭＧ）、及びＳｉ原料として窒素ガスで濃度２０
ｐｐｍに希釈したモノシラン（ＳｉＨ4）を収容する。
水素純化装置４８からＭＦＣ５２を経てバブラ５０内に
水素ガスを供給して、蒸気圧分のＴＭＧ原料ガスをキャ
リアガスである水素ガスとともにバブラ５０から反応管
ライン４４を通って反応管３６に供給する。窒素原料と
してはアンモニア（ＮＨ3）を用い、ＭＦＣ４２で流量
を制御しつつ開閉弁６０、６２の開閉により切り換え
て、アンモニアガスを反応管３６またはベントライン５
８に導入する。また、ｐ型不純物としてはＭｇを導入す
る。具体的な原料の一例としては、ビスシクロペンタジ
エニルマグネシウム｛Ｍｇ（Ｃ5Ｈ5）2｝を用いる。
【００２８】また、図示しないが、アルミニウム（Ａ
ｌ）を導入するときにはトリメチルアルミニウム（ＴＭ
Ａ）、インジウム（Ｉｎ）を導入するときには、トリメ
チルインジウム（ＴＭＩ）を原料として用い、上述のＧ
ａと同様な装置構成にする。更には、例えばトリエチル
ボロン（ＴＥＢ）を原料としてボロン（Ｂ）を、ターシ
ャルブチルアルシン（ＴＢＡ）を原料としてヒ素（Ａ
ｓ）を、ターシャルブチルフォスフィン（ＴＢＰ）を原
料としてリン（Ｐ）を導入することにより、ＢＡｌＧａ
ＩｎＮＰＡｓ系の窒化物半導体層を成膜することができ
る。
ｌ）を導入するときにはトリメチルアルミニウム（ＴＭ
Ａ）、インジウム（Ｉｎ）を導入するときには、トリメ
チルインジウム（ＴＭＩ）を原料として用い、上述のＧ
ａと同様な装置構成にする。更には、例えばトリエチル
ボロン（ＴＥＢ）を原料としてボロン（Ｂ）を、ターシ
ャルブチルアルシン（ＴＢＡ）を原料としてヒ素（Ａ
ｓ）を、ターシャルブチルフォスフィン（ＴＢＰ）を原
料としてリン（Ｐ）を導入することにより、ＢＡｌＧａ
ＩｎＮＰＡｓ系の窒化物半導体層を成膜することができ
る。
【００２９】次に、上述のＭＯＣＶＤ装置３０を使って
紫外線発光ダイオード１０の積層構造を形成する方法を
説明する。先ず、ＭＯＣＶＤ装置３０の反応管３６にア
ンモニアガスと水素ガスを供給しつつサセプタ３２上に
保持されたＡｌＮ積層サファイア基板Ｗを水素とアンモ
ニアの雰囲気中で１０００℃まで加熱する。次いで、基
板Ｗの温度が１０００℃で安定した時点で、水素ガスを
キャリアガスとして及びアンモニアを窒素原料として供
給しつつ、Ｇａ原料としてＴＭＧ、Ａｌ原料としてＴＭ
Ａ、及びＳｉ原料としてモノシランをそれぞれ反応管３
６に供給する。ＴＭＧ、ＴＭＡ、及びモノシランの供給
量は、それぞれ、２５μｍｏｌ／ｍｉｎ、１０μｍｏｌ
／ｍｉｎ、及び０．５×１０-3μｍｏｌ／ｍｉｎであ
り、アンモニアは１０ＳＬＭである。これにより、膜厚
１μｍのＳｉドープトｎ−Ａｌ0. 25ＧａＮ単結晶層１４
をエピタキシャル成長させる。
紫外線発光ダイオード１０の積層構造を形成する方法を
説明する。先ず、ＭＯＣＶＤ装置３０の反応管３６にア
ンモニアガスと水素ガスを供給しつつサセプタ３２上に
保持されたＡｌＮ積層サファイア基板Ｗを水素とアンモ
ニアの雰囲気中で１０００℃まで加熱する。次いで、基
板Ｗの温度が１０００℃で安定した時点で、水素ガスを
キャリアガスとして及びアンモニアを窒素原料として供
給しつつ、Ｇａ原料としてＴＭＧ、Ａｌ原料としてＴＭ
Ａ、及びＳｉ原料としてモノシランをそれぞれ反応管３
６に供給する。ＴＭＧ、ＴＭＡ、及びモノシランの供給
量は、それぞれ、２５μｍｏｌ／ｍｉｎ、１０μｍｏｌ
／ｍｉｎ、及び０．５×１０-3μｍｏｌ／ｍｉｎであ
り、アンモニアは１０ＳＬＭである。これにより、膜厚
１μｍのＳｉドープトｎ−Ａｌ0. 25ＧａＮ単結晶層１４
をエピタキシャル成長させる。
【００３０】次いで、８５０℃に温度を下げ、キャリア
ガスを窒素ガスに変え、アンモニアを１０ＳＬＭ、ＴＭ
Ｇを５μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＡを０．６μｍｏｌ／ｍ
ｉｎ、ＴＭＩを１７μｍｏｌ／ｍｉｎ、及びＳｉを０．
２×１０-3μｍｏｌ／ｍｉｎで供給することにより、活
性層として膜厚５０ｎｍのＳｉドープトＡｌＧａＩｎＮ
層１６をエピタキシャル成長させる。
ガスを窒素ガスに変え、アンモニアを１０ＳＬＭ、ＴＭ
Ｇを５μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＡを０．６μｍｏｌ／ｍ
ｉｎ、ＴＭＩを１７μｍｏｌ／ｍｉｎ、及びＳｉを０．
２×１０-3μｍｏｌ／ｍｉｎで供給することにより、活
性層として膜厚５０ｎｍのＳｉドープトＡｌＧａＩｎＮ
層１６をエピタキシャル成長させる。
【００３１】続いて、温度を１０００℃にして、キャリ
アガスを水素ガスに戻し、アンモニアを１０ＳＬＭ、Ｔ
ＭＧを２５μｍｏｌ／ｍｉｎ、及びＴＭＡを１０μｍｏ
ｌ／ｍｉｎで供給して膜厚３ｎｍのＡｌＧａＮ層をエピ
タキシャル成長させ、次いでＴＭＡの供給を停止し、Ｍ
ｇ（Ｃ5Ｈ5）2を０．１５μｍｏｌ／ｍｉｎの流量で供
給することにより、膜厚３ｎｍのＭｇドープトｐ−Ｇａ
Ｎ層をエピタキシャル成長させ、これを５周期繰り返し
て、５周期超格子層１８を成膜する。最後に、５周期超
格子層１８のＭｇドープトｐ−ＧａＮ層と同様にして、
膜厚０．１μｍのＭｇドープトｐ−ＧａＮ層２０をエピ
タキシャル成長させることにより、図１に示すダブルヘ
テロ（ＤＨ）型紫外線発光ダイオード１０の積層構造を
作製することができる。
アガスを水素ガスに戻し、アンモニアを１０ＳＬＭ、Ｔ
ＭＧを２５μｍｏｌ／ｍｉｎ、及びＴＭＡを１０μｍｏ
ｌ／ｍｉｎで供給して膜厚３ｎｍのＡｌＧａＮ層をエピ
タキシャル成長させ、次いでＴＭＡの供給を停止し、Ｍ
ｇ（Ｃ5Ｈ5）2を０．１５μｍｏｌ／ｍｉｎの流量で供
給することにより、膜厚３ｎｍのＭｇドープトｐ−Ｇａ
Ｎ層をエピタキシャル成長させ、これを５周期繰り返し
て、５周期超格子層１８を成膜する。最後に、５周期超
格子層１８のＭｇドープトｐ−ＧａＮ層と同様にして、
膜厚０．１μｍのＭｇドープトｐ−ＧａＮ層２０をエピ
タキシャル成長させることにより、図１に示すダブルヘ
テロ（ＤＨ）型紫外線発光ダイオード１０の積層構造を
作製することができる。
【００３２】積層構造をＭＯＣＶＤ装置から取出した
後、８００℃の窒素雰囲気中で１０分間アニール処理し
てｐｎ接合を活性化し、反応性イオンエッチング（Reac
tive Ion Etching）などのプロセス工程を経て、ｐ側電
極及びｎ側電極を形成し、紫外線発光ダイオード１０と
してデバイスを完成させる。
後、８００℃の窒素雰囲気中で１０分間アニール処理し
てｐｎ接合を活性化し、反応性イオンエッチング（Reac
tive Ion Etching）などのプロセス工程を経て、ｐ側電
極及びｎ側電極を形成し、紫外線発光ダイオード１０と
してデバイスを完成させる。
【００３３】本実施形態例の方法によれば、ＡｌＮ積層
サファイア基板１２上にＡｌ0.25ＧａＮ層１４をエピタ
キシャル成長させることにより、クラック等の欠陥が極
めて少ないＡｌ0.25ＧａＮ層１４を形成することができ
る。
サファイア基板１２上にＡｌ0.25ＧａＮ層１４をエピタ
キシャル成長させることにより、クラック等の欠陥が極
めて少ないＡｌ0.25ＧａＮ層１４を形成することができ
る。
【００３４】
【発明の効果】本発明によれば、単結晶ＡｌＮ基板、又
は単結晶ＡｌＮ層を基板主面に積層したＡｌＮ積層サフ
ァイア基板上に、高Ａｌ組成窒化物半導体層を有する積
層構造を設けることにより、クラック等の欠陥の極めて
少ない高品質の膜質であって、所要の膜厚の高Ａｌ組成
窒化物半導体層を有し、波長が短い光を発光できる窒化
物半導体素子を実現することができる。本発明方法は、
本発明に係る窒化物半導体素子の好適な製造方法を実現
している。
は単結晶ＡｌＮ層を基板主面に積層したＡｌＮ積層サフ
ァイア基板上に、高Ａｌ組成窒化物半導体層を有する積
層構造を設けることにより、クラック等の欠陥の極めて
少ない高品質の膜質であって、所要の膜厚の高Ａｌ組成
窒化物半導体層を有し、波長が短い光を発光できる窒化
物半導体素子を実現することができる。本発明方法は、
本発明に係る窒化物半導体素子の好適な製造方法を実現
している。
【図１】実施形態例の紫外線発光ダイオードの構成を示
す断面図である。
す断面図である。
【図２】ＭＯＣＶＤ装置の概略構成を示すフローシート
である。
である。
【図３】実験例１で調べたＡｌ0.25ＧａＮ層のクラック
密度の基板依存性を示すグラフである。
密度の基板依存性を示すグラフである。
【図４】実験例２で調べたＡｌＧａＮのＡｌ組成と膜厚
に対するクラック密度の関係を示すグラフである。
に対するクラック密度の関係を示すグラフである。
１０……実施形態例の紫外線発光ダイオード、１２……
ＡｌＮ積層サファイア基板、１２ａ……サファイア基
板、１２ｂ……ＡｌＮ層、１４……Ｓｉドープトｎ−Ａ
ｌ0.25ＧａＮ層、１６……Ｓｉドープトｎ−ＡｌＧａＩ
ｎＮ活性層、１８……Ａｌ0.25ＧａＮ層／Ｍｇドープト
ｐ−ＧａＮ層からなる５周期超格子層、２０……Ｍｇド
ープトｐ−ＧａＮ層、３０……ＭＯＣＶＤ装置、３２…
…サセプタ、３４……ヒータ、３６……反応管、３８…
…ガス供給系、４０……アンモニアボンベ、４２……マ
スフローラコントローラ（ＭＦＣ）、４４……反応管ラ
イン、４６……ＭＦＣ、４８……水素純化装置、５０…
…バブラ、５２……ＭＦＣ、５４……モノシラン（ＳＨ
4）ボンベ、５６……ＭＦＣ、５８……ベントライン、
６０、６２、６４、６６、６８、７０……開閉弁、７２
……ＭＦＣ。
ＡｌＮ積層サファイア基板、１２ａ……サファイア基
板、１２ｂ……ＡｌＮ層、１４……Ｓｉドープトｎ−Ａ
ｌ0.25ＧａＮ層、１６……Ｓｉドープトｎ−ＡｌＧａＩ
ｎＮ活性層、１８……Ａｌ0.25ＧａＮ層／Ｍｇドープト
ｐ−ＧａＮ層からなる５周期超格子層、２０……Ｍｇド
ープトｐ−ＧａＮ層、３０……ＭＯＣＶＤ装置、３２…
…サセプタ、３４……ヒータ、３６……反応管、３８…
…ガス供給系、４０……アンモニアボンベ、４２……マ
スフローラコントローラ（ＭＦＣ）、４４……反応管ラ
イン、４６……ＭＦＣ、４８……水素純化装置、５０…
…バブラ、５２……ＭＦＣ、５４……モノシラン（ＳＨ
4）ボンベ、５６……ＭＦＣ、５８……ベントライン、
６０、６２、６４、６６、６８、７０……開閉弁、７２
……ＭＦＣ。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 5F041 AA40 CA03 CA05 CA22 CA34
CA49 CA57 CA65 CA73 CA74
5F045 AA04 AB17 AC01 AC08 AC12
AC15 AD14 BB13 CA11 DA53
DA63
5F073 AA55 AA77 CA17 CB05 CB07
CB14 DA05 DA16 DA25 EA29
Claims (13)
- 【請求項１】 単結晶ＡｌＮ基板、又は単結晶ＡｌＮ層
を基板主面に積層したＡｌＮ積層サファイア基板上に高
Ａｌ組成窒化物半導体層を有する積層構造を備えている
ことを特徴とする窒化物半導体素子。 - 【請求項２】 ＡｌＮ積層サファイア基板は、サファイ
ア基板上に低温成長バッファ層を介して単結晶ＡｌＮ層
が設けてあることを特徴とする請求項１に記載の窒化物
半導体素子。 - 【請求項３】 ＡｌＮ積層サファイア基板の単結晶Ａｌ
Ｎ層は、膜厚が０．１μｍ以上であることを特徴とする
請求項１に記載の窒化物半導体素子。 - 【請求項４】 好適には、ＡｌＮ積層サファイア基板の
単結晶ＡｌＮ層は、膜厚が０．５μｍ以上であることを
特徴とする請求項３に記載の窒化物半導体素子。 - 【請求項５】 高Ａｌ組成窒化物半導体層のＡｌ組成が
III 族組成比で３原子％以上であることを特徴とする請
求項１に記載の窒化物半導体素子。 - 【請求項６】 好適には、高Ａｌ組成窒化物半導体層の
Ａｌ組成がIII 族組成比で５原子％以上であることを特
徴とする請求項５に記載の窒化物半導体素子。 - 【請求項７】 高Ａｌ組成窒化物半導体層のＡｌ組成が
III 族組成比で３原子％以上であって、かつ高Ａｌ組成
窒化物半導体層の膜厚が０．１μｍ以上であることを特
徴とする請求項１に記載の窒化物半導体素子。 - 【請求項８】 好適には、高Ａｌ組成窒化物半導体層の
Ａｌ組成がIII 族組成比で３原子％以上であって、かつ
高Ａｌ組成窒化物半導体層の膜厚が０．３μｍ以上であ
ることを特徴とする請求項７に記載の窒化物半導体素
子。 - 【請求項９】 ４００ｎｍ以下の発光波長で発光するこ
とを特徴とする請求項５から８のうちのいずれか１項に
記載の窒化物半導体素子。 - 【請求項１０】 ４００ｎｍ以下の発光波長で発光する
窒化物半導体素子の製造方法であって、 単結晶ＡｌＮ基板、又は単結晶ＡｌＮ層を基板主面に積
層したＡｌＮ積層サファイア基板上に、Ａｌ組成がIII
族組成比で３原子％以上であって、かつ膜厚が０．１μ
ｍ以上である高Ａｌ組成窒化物半導体層を有機金属気相
成長法（MetalOrganic Chemical Vapor Deposition ：
ＭＯＣＶＤ法）によりエピタキシャル成長させることを
特徴とする窒化物半導体素子の製造方法。 - 【請求項１１】 好適には、単結晶ＡｌＮ基板、又は単
結晶ＡｌＮ層を基板主面に積層したＡｌＮ積層サファイ
ア基板上に、Ａｌ組成がIII 族組成比で３原子％以上で
あって、かつ膜厚が０．３μｍ以上である高Ａｌ組成窒
化物半導体層を有機金属気相成長法によりエピタキシャ
ル成長させることを特徴とする請求項１０に記載の窒化
物半導体素子の製造方法。 - 【請求項１２】 更に好適には、単結晶ＡｌＮ基板、又
は単結晶ＡｌＮ層を基板主面に積層したＡｌＮ積層サフ
ァイア基板上に、Ａｌ組成がIII 族組成比で５原子％以
上であって、かつ膜厚が０．３μｍ以上である高Ａｌ組
成窒化物半導体層を有機金属気相成長法によりエピタキ
シャル成長させることを特徴とする請求項１０に記載の
窒化物半導体素子の製造方法。 - 【請求項１３】 更に好適には、単結晶ＡｌＮ基板、又
は単結晶ＡｌＮ層を基板主面に積層したＡｌＮ積層サフ
ァイア基板上に、Ａｌ組成がIII 族組成比で１０原子％
以上であって、かつ膜厚が０．３μｍ以上である高Ａｌ
組成窒化物半導体層を有機金属気相成長法によりエピタ
キシャル成長させることを特徴とする請求項１０に記載
の窒化物半導体素子の製造方法。
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|---|---|---|---|
| JP2002109937A JP2003303995A (ja) | 2002-04-12 | 2002-04-12 | 窒化物半導体素子及びその製造方法 |
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2002
- 2002-04-12 JP JP2002109937A patent/JP2003303995A/ja active Pending
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