JP2009070872A - Compound semiconductor substrate - Google Patents

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Yoshihisa Abe
芳久 阿部
Jun Komiyama
純 小宮山
Shunichi Suzuki
俊一 鈴木
Koji Oishi
浩司 大石
Akira Yoshida
晃 吉田
Hideo Nakanishi
秀夫 中西
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Coorstek KK
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compound semiconductor substrate capable of increasing the film thickness of a nitride semiconductor single crystal layer while suppressing the occurrence of cracks in the nitride semiconductor single crystal layer, crystal defects or the like. <P>SOLUTION: The compound semiconductor substrate has a first intermediate layer 110 formed on an Si single crystal substrate 100 having a crystal plane orientation of ä111}. In the layer 110, a first metal compound layer 110a formed of one of TiC, TiN, VC and VN, and a second metal compound layer 110b formed of one of compounds different from the compound of the first metal compound layer 110a out of TiC, TiN, VC and VN are laminated on each other. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、発光デバイスや電子デバイスに好適に用いられる化合物半導体基板に関する。   The present invention relates to a compound semiconductor substrate suitably used for a light emitting device or an electronic device.

窒化ガリウム(GaN)や窒化アルミニウム(AlN)等に代表される窒化物半導体は、高い電子移動度、高い耐熱性等に優れた特性を備えているため、発光デバイスや、高速、高温動作が可能な電子デバイス等への応用が期待されている。   Nitride semiconductors typified by gallium nitride (GaN) and aluminum nitride (AlN) have excellent characteristics such as high electron mobility and high heat resistance, enabling light-emitting devices and high-speed, high-temperature operation. Application to various electronic devices is expected.

従来、このような窒化物半導体を形成する基板としては、サファイア、シリコン(Si)、亜鉛酸化物(ZnO)等が用いられる。これらの基板の中でもSi単結晶基板は、他の基板と比べて、結晶性に優れ、大面積で、高純度で、かつ、低価格で製造することが可能であるため、好適に用いられる。また、Si単結晶基板を用いることで、その後のデバイス工程は、現在のデバイス工程をそのまま使用することができるため、開発コスト面においても優位であり、その実用化が求められている。   Conventionally, sapphire, silicon (Si), zinc oxide (ZnO), or the like is used as a substrate on which such a nitride semiconductor is formed. Among these substrates, the Si single crystal substrate is preferably used because it has excellent crystallinity, a large area, high purity, and low cost compared to other substrates. Moreover, since the subsequent device process can use the current device process as it is by using the Si single crystal substrate, it is advantageous in terms of development cost, and its practical use is required.

しかしながら、Si単結晶基板と窒化物半導体との熱膨張係数を比較すると、窒化物半導体の方が2倍近く高い値を有しているため、窒化物半導体単結晶層に引張応力が発生して割れ(クラック)が発生する。更に、Siと窒化物半導体との結晶格子定数の差に起因した結晶欠陥が生じる。そのため、Si単結晶基板上に、3C−SiCやAlNで構成される中間層を介して窒化物半導体単結晶層を形成する技術が知られている(例えば、特許文献1)。   However, when the thermal expansion coefficients of the Si single crystal substrate and the nitride semiconductor are compared, the nitride semiconductor has a value nearly twice as high, and tensile stress is generated in the nitride semiconductor single crystal layer. Cracks occur. Furthermore, crystal defects are caused due to the difference in crystal lattice constant between Si and the nitride semiconductor. Therefore, a technique for forming a nitride semiconductor single crystal layer on an Si single crystal substrate via an intermediate layer made of 3C-SiC or AlN is known (for example, Patent Document 1).

しかしながら、3C−SiCやAlNで構成される中間層を介して窒化物半導体単結晶層を形成しても前述した割れ、結晶欠陥等の発生の抑制には限界がある。従って、窒化物半導体単結晶層を厚膜形成(例えば、1μm以上)するには限界があった。なお、窒化物半導体単結晶層を厚く形成することは、層としての結晶性を向上させる。この結晶性の向上は、発光デバイスでは発光効率、輝度を向上させ、電子デバイスではデバイス特性を向上させる。   However, even if the nitride semiconductor single crystal layer is formed through an intermediate layer made of 3C—SiC or AlN, there is a limit to the suppression of the occurrence of the above-described cracks, crystal defects, and the like. Therefore, there has been a limit to forming a thick nitride semiconductor single crystal layer (for example, 1 μm or more). Note that forming the nitride semiconductor single crystal layer thickly improves the crystallinity of the layer. This improvement in crystallinity improves light emission efficiency and luminance in the light emitting device, and improves device characteristics in the electronic device.

なお、高い発光効率、低い作動電圧、及び優れた熱発散能力を有する窒化物系発光素子を提供するにあたり、サファイア、シリコン、亜鉛酸化物、ガリウム砒素を含む基板上に金属、酸化物、窒化物、カーバイド等で構成されたシード物質層と、Al−O、Al−N、Al−N−O等を含む多機能性基板と、良質の3族元素と窒素で構成され、600℃以下の温度と水素及びアンモニアガス雰囲気で成長した低温バッファ層と、1000℃以上の高温と水素及びアンモニアガスなどの還元雰囲気で成長した単結晶窒化物系多層薄膜または窒化物系低温バッファ層の上部にn型の窒化物系クラッド層、窒化物系活性層及びp 型の窒化物系クラッド層が順次に積層された発光素子用発光構造体とを備えた窒化物系発光素子が提案されている(例えば、特許文献2)。
特開2006−216576号公報 特開2007−53373号公報
In providing a nitride-based light emitting device having high luminous efficiency, low operating voltage, and excellent heat dissipation capability, a metal, oxide, or nitride on a substrate containing sapphire, silicon, zinc oxide, or gallium arsenide. , A seed material layer made of carbide, etc., a multifunctional substrate containing Al—O, Al—N, Al—N—O, etc., a good quality Group 3 element and nitrogen, and a temperature of 600 ° C. or less. And a low temperature buffer layer grown in an atmosphere of hydrogen and ammonia gas, and a n-type upper portion of a single crystal nitride multilayer thin film or a nitride low temperature buffer layer grown in a reducing atmosphere such as high temperature of 1000 ° C. and hydrogen and ammonia gas A nitride-based light-emitting device including a light-emitting structure for a light-emitting device in which a nitride-based cladding layer, a nitride-based active layer, and a p-type nitride-based cladding layer are sequentially stacked has been proposed (for example, Patent Document 2).
JP 2006-216576 A JP 2007-53373 A

しかしながら、特許文献2に記載の発明は、基板上部から発生する機械的及び熱的変形と分解を防止するものであるが、割れや結晶欠陥の発生を防止しつつ、窒化物半導体単結晶層を厚膜形成させることを目的とするものではない。また、特許文献2では、シード物質層、多機能性基板に様々な材料が適用可能であるという点においても、窒化物半導体単結晶層の厚膜化に伴う割れ、結晶欠陥等の抑制には限界がある。   However, although the invention described in Patent Document 2 prevents mechanical and thermal deformation and decomposition generated from the upper part of the substrate, the nitride semiconductor single crystal layer is formed while preventing generation of cracks and crystal defects. It is not intended to form a thick film. Also, in Patent Document 2, various materials can be applied to the seed material layer and the multi-functional substrate, and in order to suppress cracks, crystal defects, and the like accompanying the increase in the thickness of the nitride semiconductor single crystal layer. There is a limit.

そこで、本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、窒化物半導体単結晶層の割れ(クラック)、結晶欠陥等の発生を抑制しつつ、窒化物半導体単結晶層の厚膜化を図ることができる化合物半導体基板を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention has been made to solve the above technical problem, and suppresses the occurrence of cracks, crystal defects, and the like of the nitride semiconductor single crystal layer, while the nitride semiconductor single crystal layer An object of the present invention is to provide a compound semiconductor substrate capable of increasing the thickness.

本発明に係る化合物半導体基板は、結晶面方位が{111}面であるSi単結晶基板上に形成され、TiC、TiN、VC、VNのうちいずれか一種で構成された第1の金属化合物層と、前記第1の金属化合物層と異なるTiC、TiN、VC、VNのうちいずれか一種で構成された第2の金属化合物層とがこの順で互いに積層され、最上層が前記第1の金属化合物層または前記第2の金属化合物層のいずれかで構成された第1の中間層と、前記第1の中間層上に形成され、InWGaxAl1-w-xN単結晶(0≦w<1、0≦x<1、w+x<1)で構成された第2の中間層と、前記第2の中間層上に形成され、InyGazAl1-y-zN単結晶(0≦y<1、0≦z<1、y+z<1)で構成された窒化物半導体単結晶層と、を備えたことを特徴とする。
このような構成を備えることで、窒化物半導体単結晶層の割れ、結晶欠陥等の発生を抑制しつつ、窒化物半導体単結晶層の厚膜化を図ることができる。
The compound semiconductor substrate according to the present invention is formed on a Si single crystal substrate whose crystal plane orientation is a {111} plane, and is composed of any one of TiC, TiN, VC, and VN. And a second metal compound layer composed of any one of TiC, TiN, VC, and VN different from the first metal compound layer are stacked in this order, and the uppermost layer is the first metal A first intermediate layer composed of either a compound layer or the second metal compound layer; and an In W Ga x Al 1-wx N single crystal (0 ≦ w) formed on the first intermediate layer. <1,0 ≦ x <1, and a second intermediate layer composed of w + x <1), is formed on the second intermediate layer, in y Ga z Al 1- yz N single crystal (0 ≦ y A nitride semiconductor single crystal layer constituted by <1, 0 ≦ z <1, y + z <1) And butterflies.
By providing such a configuration, it is possible to increase the thickness of the nitride semiconductor single crystal layer while suppressing the occurrence of cracks, crystal defects, and the like in the nitride semiconductor single crystal layer.

また、本発明に係る化合物半導体基板は、結晶面方位が{111}面であるSi単結晶基板上に形成された3C−SiC単結晶層と、前記3C−SiC単結晶層上に形成され、TiC、TiN、VC、VNのうちいずれか一種で構成された第1の金属化合物層と、前記第1の金属化合物層と異なるTiC、TiN、VC、VNのうちいずれか一種で構成された第2の金属化合物層とがこの順で互いに積層され、最上層が前記第1の金属化合物層または前記第2の金属化合物層のいずれかで構成された第1の中間層と、前記第1の中間層上に形成され、InWGaxAl1-w-xN単結晶(0≦w<1、0≦x<1、w+x<1)で構成された第2の中間層と、前記第2の中間層上に形成され、InyGazAl1-y-zN単結晶(0≦y<1、0≦z<1、y+z<1)で構成された窒化物半導体単結晶層と、を備えたことを特徴とする。
このような構成を備えることで、窒化物半導体単結晶層の割れ、結晶欠陥等の発生を抑制しつつ、窒化物半導体単結晶層の厚膜化を図ることができる。
The compound semiconductor substrate according to the present invention is formed on a 3C-SiC single crystal layer formed on a Si single crystal substrate having a crystal plane orientation of {111} plane, and on the 3C-SiC single crystal layer, A first metal compound layer composed of any one of TiC, TiN, VC, and VN, and a first metal compound layer composed of any one of TiC, TiN, VC, and VN different from the first metal compound layer. Two metal compound layers are stacked on each other in this order, and a first intermediate layer in which the uppermost layer is formed of either the first metal compound layer or the second metal compound layer, and the first A second intermediate layer formed on the intermediate layer and made of In W Ga x Al 1-wx N single crystal (0 ≦ w <1, 0 ≦ x <1, w + x <1); is formed on the intermediate layer, in y Ga z Al 1- yz N single crystal (0 ≦ y <1,0 ≦ z 1, a nitride semiconductor single crystal layer formed by the y + z <1), characterized by comprising a.
By providing such a configuration, it is possible to increase the thickness of the nitride semiconductor single crystal layer while suppressing the occurrence of cracks, crystal defects, and the like in the nitride semiconductor single crystal layer.

前記最上層は、TiCまたはVCのいずれかで構成されていることが好ましい。
このような構成を備えることで、この化合物半導体基板を発光デバイスとして適用した場合、発光効率、輝度を向上させることができる。
The uppermost layer is preferably composed of either TiC or VC.
With such a configuration, when this compound semiconductor substrate is applied as a light emitting device, light emission efficiency and luminance can be improved.

前記第1の金属化合物層はTiCで構成され、前記第2の金属化合物層はVCで構成されていることがより好ましい。
このような構成を備えることで、この化合物半導体基板を高輝度の発光デバイスとして適用した場合でも発光効率、輝度を向上させることができる。
More preferably, the first metal compound layer is made of TiC, and the second metal compound layer is made of VC.
With such a configuration, even when this compound semiconductor substrate is applied as a high-luminance light-emitting device, luminous efficiency and luminance can be improved.

本発明は、窒化物半導体単結晶層の割れ(クラック)、結晶欠陥等の発生を抑制しつつ、窒化物半導体単結晶層の厚膜化を図ることができる化合物半導体基板が提供される。   The present invention provides a compound semiconductor substrate capable of increasing the thickness of a nitride semiconductor single crystal layer while suppressing the occurrence of cracks, crystal defects, and the like of the nitride semiconductor single crystal layer.

本発明に係る化合物半導体基板の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
(第1の実施形態)
図1、図2は、本発明の第1の実施形態に係る化合物半導体基板を示す断面図である。
本実施形態に関る化合物半導体基板は、図1、図2に示すように、Si単結晶基板100上に、第1の中間層110、第2の中間層120、化合物半導体単結晶層130が順次積層された構成を備えている。
Embodiments of a compound semiconductor substrate according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
1 and 2 are sectional views showing a compound semiconductor substrate according to a first embodiment of the present invention.
As shown in FIGS. 1 and 2, the compound semiconductor substrate according to the present embodiment includes a first intermediate layer 110, a second intermediate layer 120, and a compound semiconductor single crystal layer 130 on a Si single crystal substrate 100. Sequentially stacked structure is provided.

Si単結晶基板100は、表面の結晶面方位が{111}面であるものが用いられる。なお、ここでいう面方位{111}には、結晶面方位{111}の微傾斜(約十数度)、あるいは、{211}等の高次面指数の結晶面方位が含まれる。このように、Si単結晶基板100の表面の結晶面方位を{111}とすることにより、アンチフェーズバンダリー欠陥の発生が低減され、欠陥への電界集中を緩和することができる。   As the Si single crystal substrate 100, a substrate whose surface crystal plane orientation is the {111} plane is used. Here, the plane orientation {111} includes a crystal plane orientation {111} fine tilt (about tens of degrees) or a crystal plane orientation of a higher-order plane index such as {211}. As described above, by setting the crystal plane orientation of the surface of the Si single crystal substrate 100 to {111}, the occurrence of anti-phase boundary defects is reduced, and the electric field concentration on the defects can be reduced.

また、Si単結晶基板100は、CZ(チョクラルスキー)法により製造されたものが好適に用いられるが、本発明はこれに限定されるものではなく、FZ(フローティングゾーン)法により製造されたもの、又は、これらの方法を用いて製造されたSi単結晶基板上に気相成長によりSi単結晶層を成膜させたものを用いることができる。
Si単結晶基板100は、例えば、キャリア濃度1016〜1021/cm3(抵抗率約1〜0.00001Ωcm)、伝導型n型のものが用いられる。
The Si single crystal substrate 100 is preferably manufactured by a CZ (Czochralski) method, but the present invention is not limited to this, and is manufactured by an FZ (floating zone) method. Or an Si single crystal layer formed by vapor phase growth on a Si single crystal substrate manufactured using these methods can be used.
As the Si single crystal substrate 100, for example, a carrier concentration of 10 16 to 10 21 / cm 3 (resistivity of about 1 to 0.00001 Ωcm) and a conductive n-type substrate are used.

第1の中間層110は、図1、図2に示すように、第1の金属化合物層110aと、第2の金属化合物層110bとがこの順で互いに積層され、最上層αが第1の金属化合物層110a(図2)または第2の金属化合物層110b(図1)のいずれかで構成されている。
すなわち、本実施形態に係わる第1の中間層110は、第1の金属化合物層110a、第2の金属化合物層110bをそれぞれ1層としてカウントした場合、図1に示すように、第1の金属化合物層110aと、第2の金属化合物層110bとがこの順で互いに交互に連続して積層された2を含まない偶数層(第2の中間層120と接する最上層αが第2の金属化合物層110b)の積層構造と、図2に示すように、第1の金属化合物層110aと、第2の金属化合物層110bとがこの順で互いに交互に連続して積層された1を含まない奇数層(第2の中間層120と接する最上層αが第1の金属化合物層110a)の積層構造とを両方含む。
言い換えれば、第1の金属化合物層110a、第2の金属化合物層110bを各々1層としてカウントした場合、本概念は、「少なくとも3層以上の積層構造」を含むものとし、第1の金属化合物層110aと、第2の金属合物層110bとが一層ずつ形成された2層のみからなる第1の中間層110を排除している。
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the first intermediate layer 110 includes a first metal compound layer 110a and a second metal compound layer 110b which are stacked in this order, and the uppermost layer α is the first layer α. It is composed of either the metal compound layer 110a (FIG. 2) or the second metal compound layer 110b (FIG. 1).
That is, the first intermediate layer 110 according to the present embodiment has the first metal compound layer 110a and the second metal compound layer 110b counted as one layer, as shown in FIG. The compound layer 110a and the second metal compound layer 110b are alternately and successively stacked in this order. The even layer not including 2 (the uppermost layer α in contact with the second intermediate layer 120 is the second metal compound) Layer 110b), and as shown in FIG. 2, the first metal compound layer 110a and the second metal compound layer 110b are odd numbers not including 1 in which these layers are alternately stacked in this order. And a stacked structure of both layers (the uppermost layer α in contact with the second intermediate layer 120 is the first metal compound layer 110a).
In other words, when each of the first metal compound layer 110a and the second metal compound layer 110b is counted as one layer, the concept includes “a stacked structure of at least three layers” and the first metal compound layer 110 The first intermediate layer 110 composed of only two layers in which 110a and the second metal compound layer 110b are formed one by one is excluded.

第1の金属化合物層110a、第2の金属化合物層110bは、炭化チタン(TiC)、窒化チタン(TiN)、炭化バナジウム(VC)、窒化バナジウム(VN)のうちいずれか一種で構成されている。
従来、化合物半導体基板の中間層に用いることができる金属化合物としては、前述した特許文献2に示すように、Ti、Si、W、Co、Ni、Mo、Sc、Mg、Ge、Cu、Be、Zr、Fe、Al、Cr、Nb、Y、V等の酸化物、窒化物、炭化物等を挙げることができる。しかしながら、通常、前述した特許文献1に記載されているように、Siに近い熱膨張係数、結晶格子定数を備え、かつ、上層にGaN、AlNを積層可能なものとして3C−SiCが好適に用いられている。なお、TiC、TiN、VC、VNは、いずれも3C−SiCに近い熱膨張係数、結晶格子定数を備えており、熱膨張係数、結晶格子定数の違いという面では、問題とされるところは無い。
The first metal compound layer 110a and the second metal compound layer 110b are composed of any one of titanium carbide (TiC), titanium nitride (TiN), vanadium carbide (VC), and vanadium nitride (VN). .
Conventionally, as a metal compound that can be used for an intermediate layer of a compound semiconductor substrate, as shown in Patent Document 2 described above, Ti, Si, W, Co, Ni, Mo, Sc, Mg, Ge, Cu, Be, Examples thereof include oxides such as Zr, Fe, Al, Cr, Nb, Y, and V, nitrides, and carbides. However, normally, as described in Patent Document 1 described above, 3C-SiC is suitably used as a material having a thermal expansion coefficient and crystal lattice constant close to those of Si and capable of stacking GaN and AlN on the upper layer. It has been. TiC, TiN, VC, and VN all have thermal expansion coefficients and crystal lattice constants close to 3C-SiC, and there is no problem in terms of differences in thermal expansion coefficients and crystal lattice constants. .

更に、第1の金属化合物層110aと、第2の金属化合物層110bは、互いに異なる金属化合物で構成されている。すなわち、TiC、TiN、VC、VNのうちいずれか一種で構成された第1の金属化合物層110a上には、第1の金属化合物層110aと異なるTiC、TiN、VC、VNのうちいずれか一種の金属化合物で構成された第2の金属化合物110bが積層されている。   Furthermore, the first metal compound layer 110a and the second metal compound layer 110b are made of different metal compounds. That is, any one of TiC, TiN, VC, and VN different from the first metal compound layer 110a is formed on the first metal compound layer 110a formed of any one of TiC, TiN, VC, and VN. A second metal compound 110b made of the metal compound is stacked.

なお、第1の金属化合物層110aと第2の金属化合物層110bとの積層が、同じ金属化合物で構成されている場合は、例えば、ある一層で結晶欠陥が発生した場合に、同じ金属化合物である次層にそのまま結晶転位が継承されてしまうため、何十もの層を積層しても結晶欠陥を抜くことが非常に困難となる。また、同じ金属化合物で構成された層が実質的に厚膜化してしまう構成となるため、自身の層から前述した割れ等が発生してしまうため、好ましくない。   In addition, when the lamination | stacking of the 1st metal compound layer 110a and the 2nd metal compound layer 110b is comprised with the same metal compound, for example, when a crystal defect generate | occur | produces in a certain layer, it is the same metal compound. Since crystal dislocations are inherited as they are in a certain subsequent layer, it is very difficult to remove crystal defects even if dozens of layers are stacked. Moreover, since the layer comprised with the same metal compound becomes the structure which becomes thick substantially, since the crack etc. which were mentioned above generate | occur | produce from an own layer, it is unpreferable.

以上より、第1中間層110は、−TiC−VC−、−TiN−VC−、−TiC−VN−、−TiN−VN−という異なる2つの金属化合物の層が連続して積層した構造、−TiC−VC−TiN−、−TiN−VN−TiC−のような異なる3つの金属化合物の層が連続して積層した構造、更には、−TiC−VC−TiN−VN−のような異なる4つの金属化合物の層が連続して積層した構造を含んでいる。   As described above, the first intermediate layer 110 has a structure in which layers of two different metal compounds of -TiC-VC-, -TiN-VC-, -TiC-VN-, and -TiN-VN- are sequentially stacked, A structure in which three layers of different metal compounds such as TiC-VC-TiN- and -TiN-VN-TiC- are successively stacked, and four different types of layers such as -TiC-VC-TiN-VN- It includes a structure in which metal compound layers are successively stacked.

第1の金属化合物層110a、第2の金属化合物層110bは、膜厚が、1nm〜50nmで構成されていることが好ましい。
第1の金属化合物層110a、第2の金属化合物層110bの膜厚が1nm未満だと異なる金属化合物で積層して構成する第1の中間層110の一層として機能することができない。また、膜厚が50nmを超えると、自身の層から前述した歪みや割れ等が発生してしまうため、好ましくない。
The first metal compound layer 110a and the second metal compound layer 110b preferably have a film thickness of 1 nm to 50 nm.
When the thickness of the first metal compound layer 110a and the second metal compound layer 110b is less than 1 nm, the first metal compound layer 110a and the second metal compound layer 110b cannot function as one layer of the first intermediate layer 110 formed by stacking different metal compounds. On the other hand, if the film thickness exceeds 50 nm, the above-described distortion or cracking occurs from the own layer, which is not preferable.

第2の中間層120は、第1の中間層110上に形成され、InWGaxAl1-w-xN単結晶(0≦w<1、0≦x<1、w+x<1)で構成されている。
第2の中間層120は、その膜厚が1〜200nmの範囲内であることが好ましい。膜厚が1nm未満だと、層が薄すぎて中間層としての機能を備えることができない。また、膜厚が200nmを超えると自身の層から前述した割れ等が発生してしまうため、好ましくない。
The second intermediate layer 120 is formed on the first intermediate layer 110 and is made of In W Ga x Al 1-wx N single crystal (0 ≦ w <1, 0 ≦ x <1, w + x <1). ing.
The thickness of the second intermediate layer 120 is preferably in the range of 1 to 200 nm. If the film thickness is less than 1 nm, the layer is too thin to function as an intermediate layer. Further, if the film thickness exceeds 200 nm, the above-described cracks and the like are generated from the own layer, which is not preferable.

窒化物半導体単結晶層130は、第2中間層120上に形成され、InyGazAl1-y-zN単結晶(0≦y<1、0≦z<1、y+z<1)で構成されている。
なお、第2の中間層120のInWGaxAl1-w-xN単結晶は、AlN(w=0、x=0)であり、窒化物半導体単結晶層130のInyGazAl1-y-zN単結晶は、GaN(y=0、z=1)であることが好ましい。AlN及びGaNの各格子定数は、3.112Å(a軸換算)、3.18Åであり、かつ、格子不整合が小さいため、このような窒化物を用いることで、格子不整合により発生する結晶欠陥(ミスフィット転位欠陥)の発生を低減することができる。
Nitride semiconductor single crystal layer 130 is formed on the second intermediate layer 120, formed of In y Ga z Al 1-yz N single crystal (0 ≦ y <1,0 ≦ z <1, y + z <1) ing.
Incidentally, In W Ga x Al 1- wx N single crystal of the second intermediate layer 120 is AlN (w = 0, x = 0), the nitride semiconductor single-crystal layer 130 In y Ga z Al 1- The yz N single crystal is preferably GaN (y = 0, z = 1). Each lattice constant of AlN and GaN is 3.112Å (a-axis conversion), 3.18Å, and since the lattice mismatch is small, a crystal generated due to the lattice mismatch by using such a nitride. The occurrence of defects (misfit dislocation defects) can be reduced.

第1の中間層110、第2の中間層120、窒化物半導体単結晶層130は、例えば、MOCVD(metal organic chemical vapor deposition)やPECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition)を初めとしたCVD法、レーザービームを用いた蒸着法、雰囲気ガスを用いたスパッタリング法等により形成することができる。なお、本発明では、MOCVD法を用いるものとする。   The first intermediate layer 110, the second intermediate layer 120, and the nitride semiconductor single crystal layer 130 are formed by, for example, a CVD method such as MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) or PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition), or a laser. It can be formed by an evaporation method using a beam, a sputtering method using an atmospheric gas, or the like. In the present invention, the MOCVD method is used.

上述したように、本実施形態に関る化合物半導体基板は、TiC、TiN、VC、VNのうちいずれか一種で構成された第1の金属化合物層と、前記第1の金属化合物層と異なるTiC、TiN、VC、VNのうちいずれか一種で構成された第2の金属化合物層とがこの順で互いに積層され、最上層が前記第1の金属化合物層または前記第2の金属化合物層のいずれかで構成された第1の中間層を備えている。   As described above, the compound semiconductor substrate according to the present embodiment includes a first metal compound layer composed of any one of TiC, TiN, VC, and VN, and a TiC different from the first metal compound layer. , TiN, VC, and VN are laminated together in this order, and the uppermost layer is either the first metal compound layer or the second metal compound layer. A first intermediate layer formed of

このように、3C−SiCに近い熱膨張係数、結晶格子定数を備えたTiC、TiN、VC、VNを用いて、第1の金属化合物層110a、第2の金属化合物層110bを、各々異なる金属化合物で互いに積層させた構成を備えることで、窒化物半導体単結晶層130の割れ、結晶欠陥等の発生を抑制することができる。従って、窒化物半導体単結晶130を厚膜化することができる。
前記最上層αは、TiCまたはVCのいずれかで構成されていることが好ましい。
In this manner, the first metal compound layer 110a and the second metal compound layer 110b are made of different metals using TiC, TiN, VC, and VN having a thermal expansion coefficient and crystal lattice constant close to 3C-SiC. By providing a structure in which the compounds are stacked on each other, generation of cracks, crystal defects, and the like in the nitride semiconductor single crystal layer 130 can be suppressed. Therefore, the nitride semiconductor single crystal 130 can be thickened.
The uppermost layer α is preferably made of either TiC or VC.

通常、本実施形態に係るようなSi単結晶を基板とする化合物半導体基板を、発光デバイスとして用いる場合は、Si単結晶基板上に周知の発光構造体を形成する(図示せず)。
このような構成の場合、発光デバイスとして光を発光する方向は、化合物半導体基板の積層方向(図1、2中β方向)となる。しかしながら、発光構造体から発光される光は前記発光方向(積層方向β)のみならず、前記発光方向と反対の方向(すなわち、積層方向βと反対の方向)にも光が発光される。
この場合において、発光デバイスとして、発光効率を上げるためには、通常、反対の方向に進んだ光を前記発光方向に反射させる反射層を、発光構造体の下層、すなわち、化合物半導体基板の積層構造中に設けることが好ましい。
Usually, when a compound semiconductor substrate having a Si single crystal as a substrate according to the present embodiment is used as a light emitting device, a known light emitting structure is formed on the Si single crystal substrate (not shown).
In the case of such a configuration, the direction in which light is emitted as the light emitting device is the stacking direction of the compound semiconductor substrate (β direction in FIGS. 1 and 2). However, the light emitted from the light emitting structure is emitted not only in the light emitting direction (stacking direction β) but also in the direction opposite to the light emitting direction (that is, the direction opposite to the stacking direction β).
In this case, in order to increase the light emission efficiency as a light emitting device, a reflective layer that reflects light traveling in the opposite direction in the light emitting direction is usually provided as a lower layer of the light emitting structure, that is, a laminated structure of a compound semiconductor substrate. It is preferable to provide in.

なお、TiC、TiN、VC、VNのうちいずれか一種で構成された金属化合物層は、一般的に用いられる3C−SiCで構成された層よりも反射層としての機能(反射率)が高い。これは、TiC、TiN、VC、VNが金属化合物であるのに対し、3C−SiCは、バンドギャップが2.2eVであり可視光を吸収することによる。また、TiC、TiN、VC、VNのうち、TiC、VCは、TiN、VNよりも反射層としての機能(反射率)が更に高い。   Note that a metal compound layer composed of any one of TiC, TiN, VC, and VN has a higher function (reflectance) as a reflective layer than a layer composed of 3C—SiC that is generally used. This is because TiC, TiN, VC, and VN are metal compounds, whereas 3C-SiC has a band gap of 2.2 eV and absorbs visible light. Of TiC, TiN, VC, and VN, TiC and VC have a higher function (reflectance) as a reflective layer than TiN and VN.

従って、反射層として第2の中間層120と接する少なくとも第1の中間層110の最上層αを、TiC、VCのいずれか一つの金属化合物で構成させることで、この化合物半導体基板を発光デバイスとして適用した場合、発光効率、輝度をより向上させることができる。   Therefore, the compound semiconductor substrate can be used as a light-emitting device by forming at least the uppermost layer α of the first intermediate layer 110 in contact with the second intermediate layer 120 as a reflective layer with one metal compound of TiC and VC. When applied, luminous efficiency and luminance can be further improved.

なお、前記第1の金属化合物層110aはTiCで構成され、前記第2の金属化合物層110bはVCで構成されていることがより好ましい。   More preferably, the first metal compound layer 110a is made of TiC, and the second metal compound layer 110b is made of VC.

前述したように、第2の中間層120と接する少なくとも第1の中間層110の最上層αを、反射効率が高いTiC、VCのいずれか一つの金属化合物で構成させることで、TiN、VNで構成するよりも発光効率、輝度ともに高くなる。しかしながら、化合物半導体基板を高輝度の発光デバイスとして適用した場合、発光される光は強くなる。この場合、前記最上層αのみでは、高輝度であるため、発光された光が最上層αを貫通し、その下層までに達する恐れがある。このような場合において、第1の中間層110のすべてを、TiC、VCのいずれか一つの金属化合物で構成させることで、高輝度の発光デバイスであっても確実に発光された光を反射することができるため、高輝度の発光デバイスとして適用した場合でも発光効率、輝度を向上させることができる。   As described above, at least the uppermost layer α of the first intermediate layer 110 in contact with the second intermediate layer 120 is composed of one metal compound of TiC or VC having high reflection efficiency, so that TiN and VN Both luminous efficiency and luminance are higher than that of the configuration. However, when the compound semiconductor substrate is applied as a high-luminance light-emitting device, the emitted light becomes strong. In this case, since only the uppermost layer α has high luminance, the emitted light may pass through the uppermost layer α and reach the lower layer. In such a case, the light emitted from the first intermediate layer 110 is reliably reflected even if it is a high-luminance light-emitting device by configuring the first intermediate layer 110 with any one of TiC and VC. Therefore, even when applied as a high-luminance light-emitting device, luminous efficiency and luminance can be improved.

なお、本実施形態では、第1の中間層110の積層数は、第2の中間層120及び窒化物半導体単結晶130の厚さ等により適時、設計、変更される。また、窒化物半導体単結晶層130の割れ(クラック)、結晶欠陥等の発生しない限度における膜厚は、第1の中間層110の積層数と、第2の中間層120及び窒化物半導体単結晶130の厚さの関係によるため、一概に定義はできないが、最大で8.0μm程度まで厚膜化が可能である。   In the present embodiment, the number of stacked first intermediate layers 110 is designed and changed as appropriate depending on the thicknesses of the second intermediate layer 120 and the nitride semiconductor single crystal 130. The thickness of the nitride semiconductor single crystal layer 130 at the limit at which cracks, crystal defects, etc. do not occur is the number of stacked first intermediate layers 110, the second intermediate layer 120, and the nitride semiconductor single crystal. Although it cannot be generally defined because of the 130 thickness relationship, the film thickness can be increased to about 8.0 μm at the maximum.

(第2の実施形態)
図3、図4は、本発明の第2の実施形態に係る化合物半導体基板を示す断面図である。
本実施形態に関る化合物半導体基板は、第1の中間層110とSi単結晶基板100との間に、3C−SiC単結晶層150が形成されている点が異なる。その他は、第1の実施形態と同様なため、説明を省略する。
すなわち、本実施形態に係わる化合物半導体基板は、図3、図4に示すように、結晶面方位が{111}面であるSi単結晶基板100上に3C−SiC単結晶層150が形成され、3C−SiC単結晶層150上に、第1の実施形態で説明した第1の中間層110が形成されている。
(Second Embodiment)
3 and 4 are sectional views showing a compound semiconductor substrate according to the second embodiment of the present invention.
The compound semiconductor substrate according to the present embodiment is different in that a 3C—SiC single crystal layer 150 is formed between the first intermediate layer 110 and the Si single crystal substrate 100. Since others are the same as that of 1st Embodiment, description is abbreviate | omitted.
That is, in the compound semiconductor substrate according to the present embodiment, as shown in FIGS. 3 and 4, the 3C—SiC single crystal layer 150 is formed on the Si single crystal substrate 100 whose crystal plane orientation is the {111} plane, The first intermediate layer 110 described in the first embodiment is formed on the 3C—SiC single crystal layer 150.

3C−SiC単結晶層150は、その膜厚が10〜800nmの範囲内であることが好ましい。膜厚が10nm未満だと、層が薄すぎて中間層としての機能を備えることができない。また、膜厚が800nmを超えると自身の層から前述した割れ等が発生してしまうため、好ましくない。   The 3C—SiC single crystal layer 150 preferably has a thickness in the range of 10 to 800 nm. If the film thickness is less than 10 nm, the layer is too thin to function as an intermediate layer. Further, if the film thickness exceeds 800 nm, the above-described cracks and the like are generated from the own layer, which is not preferable.

このような構成の場合、第1の中間層110を構成するTiC、TiN、VC、VNの格子定数は3C−SiCのそれに比べ小さいため、TiC、TiN、VC、VNの結晶格子は層方向(図3中γ方向)に広がろうとし(引張応力)、逆に、3C−SiCの結晶格子は層方向γに縮まろうとする。すなわち、3C−SiC単結晶層150には圧縮応力が働く。また、熱膨張係数は、TiC、TiN、VC、VNのほうが大きく、さらに、3C−SiC単結晶150中に圧縮応力が付加される。
その結果、3C−SiC単結晶150の圧縮応力がその上層の第1の中間層110の引張応力を緩和させるように働き、更に、その上層の第2の中間層120、窒化物半導体単結晶層130の引張応力をも緩和させる。従って、窒化物半導体単結晶層130の割れ、結晶欠陥等の発生をより抑制することができ、窒化物半導体単結晶層130の厚膜化を図ることができる。
In such a configuration, since the lattice constants of TiC, TiN, VC, and VN constituting the first intermediate layer 110 are smaller than those of 3C-SiC, the crystal lattice of TiC, TiN, VC, and VN is in the layer direction ( In FIG. 3, the crystal lattice of 3C—SiC tends to shrink in the layer direction γ. That is, a compressive stress acts on the 3C—SiC single crystal layer 150. Further, TiC, TiN, VC, and VN have a larger coefficient of thermal expansion, and further, compressive stress is applied to the 3C—SiC single crystal 150.
As a result, the compressive stress of the 3C—SiC single crystal 150 works to relieve the tensile stress of the upper first intermediate layer 110, and further the second intermediate layer 120, the nitride semiconductor single crystal layer, which is the upper layer. The tensile stress of 130 is also relaxed. Therefore, cracks, crystal defects, and the like of nitride semiconductor single crystal layer 130 can be further suppressed, and the thickness of nitride semiconductor single crystal layer 130 can be increased.

以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明するが、本発明は、下記実施例により制限されるものではない。
[実施例1]
実施形態で説明した化合物半導体基板(図1)を下記の方法で作製した。
結晶面方位{111}、キャリア濃度1018/cm3、伝導型n型で、CZ法により製造された厚さ500μmのSi単結晶基板100を、水素雰囲気下、1000℃で熱処理を行い、表面を清浄にした。
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further more concretely based on an Example, this invention is not restrict | limited by the following Example.
[Example 1]
The compound semiconductor substrate (FIG. 1) described in the embodiment was manufactured by the following method.
Crystal surface orientation {111}, carrier concentration 10 18 / cm 3 , conductivity type n-type, 500 μm thick Si single crystal substrate 100 manufactured by CZ method is heat-treated at 1000 ° C. in a hydrogen atmosphere. Was cleaned.

次に、Si単結晶基板100上に、基板温度を1150℃として、ビスシクロペンタジエニルバナジウム及びプロパンを供給し、第1の金属化合物層110aとして、厚さ5nmのVC層を形成し、更に、第1の金属化合物層110a上に、基板温度を同温度で、四塩化チタニウム及びプロパンを供給し、第2の金属化合物層110bとして、TiC層を形成した。これらの形成を繰り返して、各々50層、計100層積層した第1の中間層110を形成させた。なお、形成した際の最上層αはTiC層である。   Next, biscyclopentadienyl vanadium and propane are supplied on the Si single crystal substrate 100 at a substrate temperature of 1150 ° C., and a VC layer having a thickness of 5 nm is formed as the first metal compound layer 110a. On the first metal compound layer 110a, titanium tetrachloride and propane were supplied at the same substrate temperature, and a TiC layer was formed as the second metal compound layer 110b. These formations were repeated to form a first intermediate layer 110 in which 50 layers were stacked, a total of 100 layers. The uppermost layer α when formed is a TiC layer.

次に、原料ガスとしてトリメチルアルミニウム及びアンモニアを用い、基板温度を1100℃として、第1の中間層110上に、第2の中間層120として、厚さ5nmの六方晶AlN層を、形成した。
更に、原料ガスとしてトリメチルガリウム及びアンモニアを用い、基板温度を1000℃として、第2の中間層120上に、化合物半導体単結晶層130として、厚さ5μmの六方晶GaN単結晶層を、形成した。
Next, a hexagonal AlN layer having a thickness of 5 nm was formed as the second intermediate layer 120 on the first intermediate layer 110 by using trimethylaluminum and ammonia as source gases and a substrate temperature of 1100 ° C.
Further, trimethylgallium and ammonia were used as source gases, the substrate temperature was set to 1000 ° C., and a hexagonal GaN single crystal layer having a thickness of 5 μm was formed as the compound semiconductor single crystal layer 130 on the second intermediate layer 120. .

第1の中間層110、第2の中間層120、化合物半導体層130の厚さは、原料ガスの流量及び熱処理時間により調整した。
以上の方法で作製された化合物半導体基板の化合物半導体単結晶層130の表面をX線により分析して割れ(クラック)、結晶欠陥等の発生状況を確認した。
その結果、クラックは認められなかった。結晶欠陥は108/cm2より低く抑制されていた。
The thicknesses of the first intermediate layer 110, the second intermediate layer 120, and the compound semiconductor layer 130 were adjusted by the flow rate of the source gas and the heat treatment time.
The surface of the compound semiconductor single crystal layer 130 of the compound semiconductor substrate manufactured by the above method was analyzed by X-ray to confirm the occurrence of cracks, crystal defects, and the like.
As a result, no crack was observed. Crystal defects were suppressed below 10 8 / cm 2 .

[実施例2]
実施例1と同様な方法で化合物半導体基板を作製した。但し、第1の金属化合物層110aをTiC層とし、第2の金属化合物層110aをVC層とした。なお、形成した際の最上層αはVC層である。
以上の方法で作製された化合物半導体基板の化合物半導体単結晶層130の表面をX線により分析して割れ(クラック)、結晶欠陥等の発生状況を確認した。
その結果、クラックは認められなかった。結晶欠陥は108/cm2より低く抑制されていた。
[Example 2]
A compound semiconductor substrate was produced in the same manner as in Example 1. However, the first metal compound layer 110a was a TiC layer, and the second metal compound layer 110a was a VC layer. The uppermost layer α when formed is a VC layer.
The surface of the compound semiconductor single crystal layer 130 of the compound semiconductor substrate manufactured by the above method was analyzed by X-ray to confirm the occurrence of cracks, crystal defects, and the like.
As a result, no crack was observed. Crystal defects were suppressed below 10 8 / cm 2 .

[実施例3]
実施例1と同様な方法で化合物半導体基板を作製した。但し、第1の金属化合物層110aをTiN層とし、第2の金属化合物層110aをVN層とした。なお、形成した際の最上層αはVN層である。
以上の方法で作製された化合物半導体基板の化合物半導体単結晶層130の表面をX線により分析して割れ(クラック)、結晶欠陥等の発生状況を確認した。
その結果、クラックは認められなかった。結晶欠陥は108/cm2より低く抑制されていた。
[Example 3]
A compound semiconductor substrate was produced in the same manner as in Example 1. However, the first metal compound layer 110a was a TiN layer, and the second metal compound layer 110a was a VN layer. The uppermost layer α when formed is a VN layer.
The surface of the compound semiconductor single crystal layer 130 of the compound semiconductor substrate manufactured by the above method was analyzed by X-ray to confirm the occurrence of cracks, crystal defects, and the like.
As a result, no crack was observed. Crystal defects were suppressed below 10 8 / cm 2 .

[実施例4]
実施例1と同様な方法で化合物半導体基板を作製した。但し、第1の金属化合物層110aをVN層とし、第2の金属化合物層110aをTiN層とした。なお、形成した際の最上層αはTiN層である。
以上の方法で作製された化合物半導体基板の化合物半導体単結晶層130の表面をX線により分析して割れ(クラック)、結晶欠陥等の発生状況を確認した。
その結果、クラックは認められなかった。結晶欠陥は108/cm2より低く抑制されていた。
[Example 4]
A compound semiconductor substrate was produced in the same manner as in Example 1. However, the first metal compound layer 110a was a VN layer, and the second metal compound layer 110a was a TiN layer. The uppermost layer α when formed is a TiN layer.
The surface of the compound semiconductor single crystal layer 130 of the compound semiconductor substrate manufactured by the above method was analyzed by X-ray to confirm the occurrence of cracks, crystal defects, and the like.
As a result, no crack was observed. Crystal defects were suppressed below 10 8 / cm 2 .

[実施例5]
実施例3と同様な方法で化合物半導体基板を作製した。但し、最上層αのみをTiC層とした。
以上の方法で作製された化合物半導体基板の化合物半導体単結晶層130の表面をX線により分析して割れ(クラック)、結晶欠陥等の発生状況を確認した。
その結果、クラックは認められなかった。結晶欠陥は108/cm2より低く抑制されていた。
[Example 5]
A compound semiconductor substrate was produced in the same manner as in Example 3. However, only the uppermost layer α was a TiC layer.
The surface of the compound semiconductor single crystal layer 130 of the compound semiconductor substrate manufactured by the above method was analyzed by X-ray to confirm the occurrence of cracks, crystal defects, and the like.
As a result, no crack was observed. Crystal defects were suppressed below 10 8 / cm 2 .

[実施例6]
実施例3と同様な方法で化合物半導体基板を作製した。但し、最上層αのみをVC層とした。
以上の方法で作製された化合物半導体基板の化合物半導体単結晶層130の表面をX線により分析して割れ(クラック)、結晶欠陥等の発生状況を確認した。
その結果、クラックは認められなかった。結晶欠陥は108/cm2より低く抑制されていた。
[Example 6]
A compound semiconductor substrate was produced in the same manner as in Example 3. However, only the uppermost layer α was a VC layer.
The surface of the compound semiconductor single crystal layer 130 of the compound semiconductor substrate manufactured by the above method was analyzed by X-ray to confirm the occurrence of cracks, crystal defects, and the like.
As a result, no crack was observed. Crystal defects were suppressed below 10 8 / cm 2 .

[比較例1]
実施例1と同様な方法で化合物半導体基板を作製した。但し、第1の中間層110を、第1の金属化合物110aと、第2の金属化合物110bのみの2層構造とした。
以上の方法で作製された化合物半導体基板の化合物半導体単結晶層130の表面をX線により分析して割れ(クラック)、結晶欠陥等の発生状況を確認した。
その結果、クラックは全面で認められた。結晶欠陥は1011/cm2程度確認された。
[比較例2]
[Comparative Example 1]
A compound semiconductor substrate was produced in the same manner as in Example 1. However, the first intermediate layer 110 has a two-layer structure including only the first metal compound 110a and the second metal compound 110b.
The surface of the compound semiconductor single crystal layer 130 of the compound semiconductor substrate manufactured by the above method was analyzed by X-ray to confirm the occurrence of cracks, crystal defects, and the like.
As a result, cracks were observed on the entire surface. Crystal defects were confirmed to be approximately 10 11 / cm 2 .
[Comparative Example 2]

実施例1と同様な方法で化合物半導体基板を作製した。但し、第1の中間層110を、第2の金属化合物層110b(TiC層)のみで、計100層形成した。
以上の方法で作製された化合物半導体基板の化合物半導体単結晶層130の表面をX線により分析して割れ(クラック)、結晶欠陥等の発生状況を確認した。
その結果、やや比較例1よりは抑制されているものの、クラックは全面で認められた。結晶欠陥は1011/cm2程度確認された。
A compound semiconductor substrate was produced in the same manner as in Example 1. However, the first intermediate layer 110 was formed in a total of 100 layers by using only the second metal compound layer 110b (TiC layer).
The surface of the compound semiconductor single crystal layer 130 of the compound semiconductor substrate manufactured by the above method was analyzed by X-ray to confirm the occurrence of cracks, crystal defects, and the like.
As a result, cracks were observed on the entire surface, although somewhat less than Comparative Example 1. Crystal defects were confirmed to be approximately 10 11 / cm 2 .

[実施例7]
実施形態で説明した化合物半導体基板(図3)を下記の方法で作製した。
結晶面方位{111}、キャリア濃度1018/cm3、伝導型n型で、CZ法により製造された厚さ500μmのSi単結晶基板100を、水素雰囲気下、1000℃で熱処理を行い、表面を清浄にした。
次に、プロパンを供給し、基板温度を1150℃として、Si単結晶基板100の表面を炭化させたのち、プロパン及びシランを供給し、厚さ20nmの3C−SiC単結晶層150を形成した。
その後は、実施例1と同様な条件で、3C−SiC単結晶150上に、第1の中間層110、第2の中間層120、窒化物半導体単結晶層130をそれぞれ形成した。
以上の方法で作製された化合物半導体基板の化合物半導体単結晶層130の表面をX線により分析して割れ(クラック)、結晶欠陥等の発生状況を確認した。
その結果、クラックは認められなかった。結晶欠陥は108/cm2より低く抑制されていた。
[Example 7]
The compound semiconductor substrate (FIG. 3) described in the embodiment was manufactured by the following method.
Crystal surface orientation {111}, carrier concentration 10 18 / cm 3 , conductivity type n-type, 500 μm thick Si single crystal substrate 100 manufactured by CZ method is heat-treated at 1000 ° C. in a hydrogen atmosphere. Was cleaned.
Next, propane was supplied to set the substrate temperature to 1150 ° C., and the surface of the Si single crystal substrate 100 was carbonized. Then, propane and silane were supplied to form a 3C—SiC single crystal layer 150 having a thickness of 20 nm.
After that, the first intermediate layer 110, the second intermediate layer 120, and the nitride semiconductor single crystal layer 130 were formed on the 3C—SiC single crystal 150 under the same conditions as in Example 1.
The surface of the compound semiconductor single crystal layer 130 of the compound semiconductor substrate manufactured by the above method was analyzed by X-ray to confirm the occurrence of cracks, crystal defects, and the like.
As a result, no crack was observed. Crystal defects were suppressed below 10 8 / cm 2 .

[発光デバイスに関する実施例]
実施例1から7で作製した化合物半導体基板を用いて、表面に周知の構造の発光構造体を形成し、形成したサンプルについて、輝度(cd/mm2)を評価した(表1)。なお、表1は、実施例3(TiN−VNの積層:最上層αがVN層)を1.0としたときの対比率で示している。















[Examples of light emitting devices]
Using the compound semiconductor substrates prepared in Examples 1 to 7, a light emitting structure having a known structure was formed on the surface, and the luminance (cd / mm 2 ) of the formed sample was evaluated (Table 1). Table 1 shows the ratio when Example 3 (TiN-VN lamination: uppermost layer α is a VN layer) is 1.0.















Figure 2009070872
Figure 2009070872

表1に示すように、TiN層、VN層のみが複数積層された構成(実施例3、4)よりも、最上層αのみにTiC層、VC層を有する(実施例5、6)の方が輝度の増加が認められた。また、TiC層、VC層のみが複数積層された構成(実施例1、2)の方が、実施例5、6よりも輝度の増加が認められた。なお、3C−SiC層を介した実施例7においては、実施例1、2よりも若干輝度が増加する。   As shown in Table 1, only the uppermost layer α has a TiC layer and a VC layer (Examples 5 and 6) rather than a configuration in which only a plurality of TiN layers and VN layers are stacked (Examples 3 and 4). There was an increase in brightness. In addition, in the configuration in which only a plurality of TiC layers and VC layers were laminated (Examples 1 and 2), an increase in luminance was recognized as compared with Examples 5 and 6. In Example 7 through the 3C-SiC layer, the luminance is slightly increased compared to Examples 1 and 2.

本発明の第1の実施形態に係る化合物半導体基板を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a compound semiconductor substrate according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る化合物半導体基板を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a compound semiconductor substrate according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態に係る化合物半導体基板を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the compound semiconductor substrate which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る化合物半導体基板を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the compound semiconductor substrate which concerns on the 2nd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

100 Si単結晶基板
110 第1の中間層
110a 第1の金属化合物層
110b 第2の金属化合物層
120 第2中間層
130 化合物半導体単結晶層
150 3C−SiC単結晶層
100 Si single crystal substrate 110 First intermediate layer 110a First metal compound layer 110b Second metal compound layer 120 Second intermediate layer 130 Compound semiconductor single crystal layer 150 3C-SiC single crystal layer

Claims (4)

結晶面方位が{111}面であるSi単結晶基板上に形成され、TiC、TiN、VC、VNのうちいずれか一種で構成された第1の金属化合物層と、前記第1の金属化合物層と異なるTiC、TiN、VC、VNのうちいずれか一種で構成された第2の金属化合物層とがこの順で互いに積層され、最上層が前記第1の金属化合物層または前記第2の金属化合物層のいずれかで構成された第1の中間層と、
前記第1の中間層上に形成され、InWGaxAl1-w-xN単結晶(0≦w<1、0≦x<1、w+x<1)で構成された第2の中間層と、
前記第2の中間層上に形成され、InyGazAl1-y-zN単結晶(0≦y<1、0≦z<1、y+z<1)で構成された窒化物半導体単結晶層と、を備えたことを特徴とする化合物半導体基板。
A first metal compound layer formed on a Si single crystal substrate having a {111} plane of crystal plane orientation and composed of any one of TiC, TiN, VC, and VN; and the first metal compound layer And a second metal compound layer composed of any one of TiC, TiN, VC, and VN in this order, and the uppermost layer is the first metal compound layer or the second metal compound. A first intermediate layer composed of any of the layers;
A second intermediate layer formed on the first intermediate layer and composed of In W Ga x Al 1-wx N single crystal (0 ≦ w <1, 0 ≦ x <1, w + x <1);
Is formed on the second intermediate layer, and the In y Ga z Al 1-yz N single crystal (0 ≦ y <1,0 ≦ z <1, y + z <1) nitride was formed of a semiconductor single crystal layer A compound semiconductor substrate comprising:
結晶面方位が{111}面であるSi単結晶基板上に形成された3C−SiC単結晶層と、
前記3C−SiC単結晶層上に形成され、TiC、TiN、VC、VNのうちいずれか一種で構成された第1の金属化合物層と、前記第1の金属化合物層と異なるTiC、TiN、VC、VNのうちいずれか一種で構成された第2の金属化合物層とがこの順で互いに積層され、最上層が前記第1の金属化合物層または前記第2の金属化合物層のいずれかで構成された第1の中間層と、
前記第1の中間層上に形成され、InWGaxAl1-w-xN単結晶(0≦w<1、0≦x<1、w+x<1)で構成された第2の中間層と、
前記第2の中間層上に形成され、InyGazAl1-y-zN単結晶(0≦y<1、0≦z<1、y+z<1)で構成された窒化物半導体単結晶層と、を備えたことを特徴とする化合物半導体基板。
A 3C-SiC single crystal layer formed on a Si single crystal substrate whose crystal plane orientation is {111} plane;
A first metal compound layer formed on the 3C-SiC single crystal layer and composed of any one of TiC, TiN, VC, and VN, and TiC, TiN, and VC different from the first metal compound layer , And a second metal compound layer composed of any one of VN are stacked in this order, and the uppermost layer is composed of either the first metal compound layer or the second metal compound layer. A first intermediate layer,
A second intermediate layer formed on the first intermediate layer and composed of In W Ga x Al 1-wx N single crystal (0 ≦ w <1, 0 ≦ x <1, w + x <1);
Is formed on the second intermediate layer, and the In y Ga z Al 1-yz N single crystal (0 ≦ y <1,0 ≦ z <1, y + z <1) nitride was formed of a semiconductor single crystal layer A compound semiconductor substrate comprising:
前記最上層は、TiCまたはVCのいずれかで構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の化合物半導体基板。   3. The compound semiconductor substrate according to claim 1, wherein the uppermost layer is made of either TiC or VC. 前記第1の金属化合物層はTiCで構成され、前記第2の金属化合物層はVCで構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の化合物半導体基板。   The compound semiconductor substrate according to claim 1, wherein the first metal compound layer is made of TiC, and the second metal compound layer is made of VC.
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