JP2005020025A - 窒化ガリウム系化合物半導体及び半導体基板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】シリコン基板1の上にはストライプ状又は格子状にAl0.15Ga0.85N 層2が形成されている。基板1の露出領域Aと層2の上部領域Bに、GaN 層3を成長させる。このとき、GaN は、層2のAl0.15Ga0.85N 上に3次元的(垂直方向のみならず横方向にも)にエピタキシャル成長する。このように、GaN が横方向にもエピタキシャル成長するので、基板1の露出領域Aである横方向成長領域では転位が大幅に減少した窒化ガリウム系化合物半導体を得ることができる。
【選択図】 図1
Description
また、請求項5に記載の発明は、基板は、サファイア、シリコン、又は、炭化珪素であることを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体である。
アルミニウムを含む窒化ガリウム系化合物半導体はシリコン上にエピタキシャル成長するが、アルミニウムを含まない窒化ガリウム系化合物半導体はシリコン上にエピタキシャル成長しない。よって、シリコン基板上に島状態の第1の窒化ガリウム系化合物半導体と第2の窒化ガリウム系化合物半導体を形成し、その後、その第2の窒化ガリウム系化合物半導体上にはエピタキシャル成長するが、シリコン基板の露出部にはエピタキシャル成長しない第3の窒化ガリウム系化合物半導体を形成することができる。これにより、シリコン基板の露出部上は、第2の窒化ガリウム系化合物半導体を核として、第3の窒化ガリウム系化合物半導体が横方向にエピタキシャル成長することになり、結晶性の高い窒化ガリウム系化合物半導体を得ることができる。
(第1実施例)
図1は、本発明の第1実施例に係わる窒化ガリウム系化合物半導体の断面構成を示した模式図である。シリコン基板1の上には膜厚約1000ÅのAl0.15Ga0.85N 層(第1の窒化ガリウム系化合物半導体)2がストライプ状(図1(b))又は格子状(図1(c))に形成されている。又、シリコン基板1上の層2を除いた露出領域A及び層2の上面領域Bには膜厚約10μmのGaN 層(第2の窒化ガリウム系化合物半導体)3が形成されている。
この半導体は、スパッタリング法及び有機金属気相成長法(以下「MOVPE 」と略す)により製造された。MOVPE で用いられたガスは、アンモニア(NH3) 、キャリアガス(H2,N2) 、トリメチルガリウム(Ga(CH3)3)(以下「TMG 」と記す)、トリメチルアルミニウム(Al(CH3)3)(以下「TMA 」と記す)である。
本実施例では、層2の組成をAl0.15Ga0.85N としたが、任意組成比の一般式Alx Gay In1-x-y N(0 ≦x ≦1,0 ≦y ≦1,0 ≦x+y ≦1)の窒化ガリウム系化合物半導体を用いることができる。シリコン基板1上にエピタキシャル成長させるには、Alx Ga1-x N(0 <x ≦1)(AlN を含む) が望ましい。また、層3は、任意組成比の一般式Alx Gay In1-x-y N(0 ≦x ≦1,0 ≦y ≦1,0 ≦x+y ≦1)の窒化ガリウム系化合物半導体を用いることができ、層2と同一組成比であっても、異なる組成比であっても良いが、基板に対してエピタキシャル成長しない組成比とする必要がある。
又、本実施例では、層2の膜厚を約1000Åとしたが、層2は厚いとクラックが多くなり、薄いと層2を核として層3が成長しない。よって、層2の厚さは、500 Å〜2000Åが望ましい。
上述の第1実施例では、第1の窒化ガリウム系化合物半導体として、Al0.15Ga0.85N 層2を1層だけ設けられている。本実施例では、第1の窒化ガリウム系化合物半導体として、Al0.15Ga0.85N 層21とその上のGaN 層22の2層で形成したことを特徴とする。
また、上記の全実施例において、基板1と層2、又は層22の間に、任意組成比のAlGaN のバッファ層や AlGaInNのバッファ層を設けても良い。このバッファ層は層2、層22の単結晶成長温度よりも低温で形成されるアモルファス状又は微結晶の混在したアモルファス等の結晶構造をしたものである。
上記の全実施例において、MOVPE 法は常圧雰囲気中で行われたが、減圧成長下で行っても良い。また、常圧、減圧の組み合わせで行なって良い。
本発明で得られたGaN 系化合物半導体は、LEDやLDの発光素子に利用可能であると共に受光素子及び電子ディバイスにも利用することができる。
2 Al0.15Ga0.85N 層
3 GaN 層(第3の窒化ガリウム系化合物半導体)
21 Al0.15Ga0.85N 層(第1の窒化ガリウム系化合物半導体)
22 GaN 層(第2の窒化ガリウム系化合物半導体)
Claims (8)
- 窒化ガリウム系化合物半導体において、
基板と、
前記基板上に形成され、前記基板の露出部が散在するように、点状、ストライプ状又は格子状等の島状態に形成された第1の窒化ガリウム系化合物半導体と、
前記第1の窒化ガリウム系化合物半導体の上に形成され、前記第1の窒化ガリウム系化合物半導体と同一パターンの第2の窒化ガリウム系化合物半導体と、
前記島状態の前記第2の窒化ガリウム系化合物半導体を核として成長させて、前記基板の露出面上に横方向成長し、前記基板の前記露出面とは化学的に結合していない第3の窒化ガリウム系化合物半導体と
から成ることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体。 - 前記第3の窒化ガリウム系化合物半導体と前記第2の窒化ガリウム系化合物半導体とは同一組成であることを特徴とする請求項1に記載の窒化ガリウム系化合物半導体。
- 前記第3の窒化ガリウム系化合物半導体と前記第2の窒化ガリウム系化合物半導体は、共に、窒化ガリウムであることを特徴とする請求項1に記載の窒化ガリウム系化合物半導体。
- 前記第3の窒化ガリウム系化合物半導体の上に形成された窒化ガリウム系化合物半導体から成る素子層を有することを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体。
- 前記基板は、サファイア、シリコン、又は、炭化珪素であることを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体。
- 前記基板はシリコンであり、前記島状態に形成される前記第1の窒化ガリウム系化合物半導体は、アルミニウムを含む窒化ガリウム系化合物半導体であり、前記第3の窒化ガリウム系化合物半導体はアルミニウムを含まない窒化ガリウム系化合物半導体であることを特徴とする請求項1乃至請求項5に記載の窒化ガリウム系化合物半導体。
- 前記基板と前記第1の窒化ガリウム系化合物半導体との間に、その第1の窒化ガリウム系化合物半導体と同一形状のバッファ層を有することを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体。
- 請求項1乃至請求項5の何れかの窒化ガリウム系化合物半導体において、前記基板、又は前記基板から前記第2の窒化ガリウム系化合物半導体までを除去して得られる半導体基板。
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