JP2005159339A - 化合物半導体素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 結晶基板と、結晶基板上に設けられた第1のIII−V族化合物半導体層と、第1のIII−V族化合物半導体層上に設けられた第2のIII−V族化合物半導体層とを備えた化合物半導体素子に於いて、上記の第2のIII−V族化合物半導体層が、表面に転位が露出している領域に、硼素を含むIII−V族化合物半導体からなる結晶粒を配置させた第1のIII−V族化合物半導体層上に設けられている構造の化合物半導体素子である。
【選択図】 図3
Description
(1) 結晶基板と、結晶基板上に設けられた第1のIII−V族化合物半導体層と、第1のIII−V族化合物半導体層上に設けられた第2のIII−V族化合物半導体層とを備えた化合物半導体素子に於いて、上記の第2のIII−V族化合物半導体層が、表面に転位が露出している凹部領域に、硼素を含むIII−V族化合物半導体からなる結晶粒を配置させた第1のIII−V族化合物半導体層上に設けられていることを特徴とする化合物半導体素子。
(3) 第1のIII−V族化合物半導体層の表面に転位が露出している領域に、配置する結晶粒が、リン化硼素(化学式:BP)であることを特徴とする上記(1)に記載の化合物半導体素子。
(4) 第1のIII−V族化合物半導体、第2のIII−V族化合物半導体の一方もしくは双方がIII族窒化物半導体であることを特徴とする上記(1)〜(3)のいずれかに記載の化合物半導体素子。
(5) III族窒化物半導体が窒化ガリウム系化合物半導体である上記(4)に記載の化合物半導体素子。
第1及び第2のIII族窒化物半導体層は、ハロゲン(halogen)法、ハイドライド(hydride)法やMOCVD(有機金属化学的気相堆積)法に依り形成できる。また、分子線エピタキシャル法でも形成できる。他のIII−V族化合物半導体も同様に形成することができる。本発明の効果は、第1のIII族窒化物半導体層が単結晶層である場合に、最も顕著に奏される。単結晶の第1のIII族窒化物半導体層は、単結晶材料を基板として利用して、その上に上記の気相成長手段に依り形成できる。基板材料には、耐熱性の高い例えば、サファイア(α−Al2O3単結晶)、立方晶または六方晶の炭化珪素(SiC)、酸化亜鉛(ZnO)などの単結晶を例示できる。その他、LiGaO2やLiAlO2等のペロブスカイト型の単結晶を基板として利用できる。例えば、トリエチルガリウム(分子式:(C2H5)3Ga)とアンモニア(分子式:NH3)を原料とする常圧(略大気圧)または減圧MOCVD法に依り、1000℃〜1200℃で(0001)−サファイア基板上に気相成長させた(0001)−GaN層を第1のIII族窒化物半導体層として利用できる。本発明の第1のIII族窒化物半導体層は、層厚に然したる制限は無く、表面及び表層部が単結晶となっていれば効果を発揮できる。
次に、硼酸水溶液で表面処理を施した第1のIII族窒化物半導体層を成長装置内に載置し、第1のIII族窒化物半導体層の温度を、その上に第2のIII族窒化物半導体層を形成するための温度、例えば800℃に昇温する。この昇温課程に於いて、第1のIII族窒化物半導体層の表面の凹部に付着していた硼酸水溶液の液滴は熱分解し、固化した硼素を含む結晶粒を残渣としてその凹部に残す。この技術手段では、時間的に連続して、第1のIII族窒化物半導体層上に第2のIII族窒化物半導体層を形成できず、第1のIII族窒化物半導体層の形成を終了した後、その表面を処理する時間を要する。しかし、この技術手段の利点は、凹部に選択的に硼酸水溶液を残留させられ、従って、硼素から成る結晶粒を凹部に限定して形成できる利点がある。
III族窒化物半導体層の内部を貫通し、同層の表面に到達した転位の周囲に形成される凹部に選択的に存在させた硼素を含むIII−V族化合物半導体又は硼素から成る結晶粒は、上層のIII族窒化物半導体層への転位の伝搬を抑止する作用を有する。
リン化硼素から成る結晶粒を設けたIII族窒化物半導体層上に形成した、低転位密度のIII族窒化物半導体層を発光層として、化合物半導体LEDを構成する場合を例にして本発明を具体的に説明する。
硼素の結晶粒を、転位が存在する凹部に設けたIII族窒化物半導体層上に、低転位密度の第2のIII族窒化物半導体層を電子走行層(チャネル)として形成する場合を例にして本発明を具体的に説明する。
上記の第2実施例に記載の硼素の結晶粒403を第1のIII族窒化物半導体層402の凹部405に形成しないで、直接、第1のIII族窒化物半導体層402の表面に第2のIII族窒化物半導体層406を堆積させた。即ち、本発明の転位の伝搬を抑止する手段を利用せずに、第2実施例に記載の積層構造体を構成した。本比較例の積層構造体の構成要素は、硼素の結晶粒403を除き、全て同一とした。
100a 第1のIII族窒化物半導体層の表面
101 硼素を含むIII−V族化合物半導体層
101a 沿面成長した結晶層
102 結晶層と第1のIII族窒化物半導体層の表面との段差
103 第2のIII族窒化物半導体層
200 第1のIII族窒化物半導体
201 転位
202 逆六角推状の凹部
202a 凹部の表面
202b 凹部の深さ
202c 凹部の最深部
203a、203b、203c 結晶粒
204 窪み
205 第2のIII族窒化物半導体層
300 LED
301、401 基板
302、402 第1のIII族窒化物半導体層(GaN層)
303、403 結晶粒
304、404 転位
305、405 凹部(ピット)
306、406 第2のIII族窒化物半導体層(GaInN層)
307 p形リン化硼素層
308 p形オーミック電極
309 n形オーミック電極
407 n形リン化硼素層
Claims (5)
- 結晶基板と、結晶基板上に設けられた第1のIII−V族化合物半導体層と、第1のIII−V族化合物半導体層上に設けられた第2のIII−V族化合物半導体層とを備えた化合物半導体素子に於いて、上記の第2のIII−V族化合物半導体層が、表面に転位が露出している凹部領域に、硼素を含むIII−V族化合物半導体からなる結晶粒を配置させた第1のIII−V族化合物半導体層上に設けられていることを特徴とする化合物半導体素子。
- 結晶基板と、結晶基板上に設けられた第1のIII−V族化合物半導体層と、第1のIII−V族化合物半導体層上に設けられた第2のIII−V族化合物半導体とを備えてなる化合物半導体素子に於いて、上記の第2のIII−V族化合物半導体層が、表面に転位が露出している凹部領域に、硼素(B)からなる結晶粒を配置させた第1のIII族−V族化合物半導体層上に設けられていることを特徴とする化合物半導体素子。
- 第1のIII−V族化合物半導体層の表面に転位が露出している領域に、配置する結晶粒が、リン化硼素(化学式:BP)であることを特徴とする請求項1に記載の化合物半導体素子。
- 第1のIII−V族化合物半導体、第2のIII−V族化合物半導体の一方もしくは双方がIII族窒化物半導体であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の化合物半導体素子。
- III族窒化物半導体が窒化ガリウム系化合物半導体である請求項4に記載の化合物半導体素子。
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