JP2010183026A - エピタキシャルウエハ、窒化ガリウム系半導体デバイスを作製する方法、窒化ガリウム系半導体デバイス、及び酸化ガリウムウエハ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】発光ダイオードLEDは、単斜晶系酸化ガリウムからなる主面32aを有する酸化ガリウム支持基体32と、III族窒化物からなる積層構造33とを備える。積層構造33の半導体メサは、低温GaNバッファ層35、n型GaN層37、量子井戸構造の活性層39及びp型窒化ガリウム系半導体層37を含む。p型窒化ガリウム系半導体層37は、例えばp型AlGAn電子ブロック層及びp型GaNコンタクト層を含む。酸化ガリウム支持基体32の主面32aが単斜晶系酸化ガリウムの(100)面に対して2度以上4度以下の角度で傾斜する。この傾斜により、酸化ガリウム支持基体主面32a上にエピタキシャル成長された窒化ガリウム系半導体は平坦な表面を有する。
【選択図】図7
Description
11枚の単斜晶系酸化ガリウム基板を準備した。これらの酸化ガリウム基板の主面は、酸化ガリウム基板の単結晶の(100)面に対して0度以上5度以下の範囲で傾斜していた。傾斜角度のピッチは0.5度であった。傾斜の方向は、酸化ガリウム基板の単結晶の[001]軸方向であった。傾斜角及び傾斜の方向は、X線回折法によって決定された。
図7は、実施例2における発光ダイオードの構造を示す図面である。発光ダイオードLEDは、単斜晶系酸化ガリウムからなる主面を有する酸化ガリウム支持基体31と、III族窒化物からなる積層構造33とを備える。積層構造33は、半導体メサの形状を成している。半導体メサは、低温GaNバッファ層35と、n型GaN層37と、量子井戸構造の活性層39と、p型窒化ガリウム系半導体層41とを含む。p型窒化ガリウム系半導体層41は、例えばp型AlGAn電子ブロック層及びp型GaNコンタクト層を含む。
低温GaNバッファ層35:25ナノメートル
n型GaN層37:3マイクロメートル
活性層39:6つの井戸層のMQW
障壁層39a:GaN層、厚さ15nm
井戸層39b:InGaN層、厚さ3nm
窒化ガリウム系半導体層41のp型AlGAn電子ブロック層:20nm
窒化ガリウム系半導体層41のp型GaNコンタクト層:50nm。
Claims (20)
- 窒化ガリウム系半導体デバイスのためのエピタキシャルウエハであって、
単斜晶系酸化ガリウムからなる主面を有する酸化ガリウムウエハと、
前記酸化ガリウムウエハの前記主面上に設けられIII族窒化物からなるバッファ層と、
前記バッファ層上に設けられ第1の窒化ガリウム系半導体からなる第1のエピタキシャル層と
を備え、
前記酸化ガリウムウエハの前記主面は、前記単斜晶系酸化ガリウムの(100)面に対して2度以上の角度で傾斜すると共に4度以下の角度で傾斜する、ことを特徴とするエピタキシャルウエハ。 - 前記酸化ガリウムウエハの前記主面おける傾斜の方向は、前記単斜晶系酸化ガリウムの[001]軸の方向である、ことを特徴とする請求項1に記載されたエピタキシャルウエハ。
- 前記第1の窒化ガリウム系半導体の結晶構造は六方晶であり、
前記第1のエピタキシャル層の主面の法線は、前記第1の窒化ガリウム系半導体のc軸に対して1度以下の角度を成す、ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載されたエピタキシャルウエハ。 - 前記第1のエピタキシャル層の主面における表面粗さ(RMS)は5マイクロメートル角のエリアにおいて0.5nm以下である、ことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載されたエピタキシャルウエハ。
- 前記第1の窒化ガリウム系半導体はGaNからなる、ことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載されたエピタキシャルウエハ。
- 前記第1の窒化ガリウム系半導体はAlGaNからなる、ことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載されたエピタキシャルウエハ。
- 前記第1の窒化ガリウム系半導体はInGaNからなる、ことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載されたエピタキシャルウエハ。
- 前記第1の窒化ガリウム系半導体はAlNからなる、ことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載されたエピタキシャルウエハ。
- 前記バッファ層は、GaNからなる、ことを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載されたエピタキシャルウエハ。
- 前記傾斜の角度は前記酸化ガリウム基板の前記主面において分布しており、前記酸化ガリウム基板の前記主面の全体にわたって2度以上4度以下の角度範囲にある、ことを特徴とする請求項1〜請求項9のいずれか一項に記載されたエピタキシャルウエハ。
- 前記酸化ガリウムウエハの前記主面は、前記単斜晶系酸化ガリウムの(100)面に対して2.5度以上の角度で傾斜すると共に3.5度以下の角度で傾斜する、ことを特徴とする請求項1〜請求項10のいずれか一項に記載されたエピタキシャルウエハ。
- 窒化ガリウム系半導体デバイスであって、
単斜晶系酸化ガリウムからなる主面を有する酸化ガリウム支持基体と、
III族窒化物からなる積層構造と
を備え、
前記積層構造は、前記酸化ガリウム支持基体の前記主面上に設けられIII族窒化物からなるバッファ層と、前記バッファ層上に設けられ第1の窒化ガリウム系半導体からなる第1のエピタキシャル層とを含み、
前記酸化ガリウム支持基体の前記主面は、前記単斜晶系酸化ガリウムの(100)面に対して2度以上の角度で傾斜すると共に4度以下の角度で傾斜する、ことを特徴とする窒化ガリウム系半導体デバイス。 - 前記積層構造は、前記バッファ層上に設けられ第2の窒化ガリウム系半導体からなる第2のエピタキシャル層と、前記第1のエピタキシャル層と前記第2のエピタキシャル層との間に設けられた活性層とを更に含み、
前記酸化ガリウムウエハは導電性を有しており、
前記第1のエピタキシャル層は第1導電性を有しており、
前記第2のエピタキシャル層は前記第1導電性と反対の第2導電性を有しており、
前記活性層は量子井戸構造を有しており、
当該窒化ガリウム系半導体デバイスは半導体発光素子である、ことを特徴とする請求項12に記載された窒化ガリウム系半導体デバイス。 - 前記積層構造は、前記酸化ガリウム支持基体上に設けられた第2のエピタキシャル層を更に含み、
前記第2のエピタキシャル層は前記第1のエピタキシャル層にヘテロ接合を成し、
前記第2の窒化ガリウム系半導体のバンドギャップは前記第1の窒化ガリウム系半導体のバンドギャップよりも大きく、
前記ヘテロ接合により、前記第1のエピタキシャル層と前記第2のエピタキシャル層との界面に二次元電子ガスが生成され、
当該窒化ガリウム系半導体デバイスは二次元電子ガストランジスタである、ことを特徴とする請求項12に記載された窒化ガリウム系半導体デバイス。 - 第1導電性の窒化ガリウム系半導体領域からなるソース領域と、
第2導電性の窒化ガリウム系半導体領域からなり前記ソース領域を前記第1のエピタキシャル層から隔てるウエル領域と
を更に備え、
前記酸化ガリウム支持基体は導電性を有しており、
前記第1のエピタキシャル層は第1導電性を有しており、
当該窒化ガリウム系半導体デバイスは縦型電界効果トランジスタである、ことを特徴とする請求項12に記載された窒化ガリウム系半導体デバイス。 - 前記積層構造の最上層の主面における表面粗さ(RMS)は5マイクロメートル平方において0.5nm以下である、ことを特徴とする請求項12〜請求項15のいずれか一項に記載された窒化ガリウム系半導体デバイス。
- 窒化ガリウム系半導体デバイスを作製する方法であって、
単斜晶系酸化ガリウムからなる主面を有する酸化ガリウムウエハを準備する工程と、
前記酸化ガリウムウエハの前記主面上にIII族窒化物からなるバッファ層を成長する工程と、
第1の窒化ガリウム系半導体からなる第1のエピタキシャル層を前記バッファ層上に成長する工程と
を備え、
前記酸化ガリウムウエハの前記主面は、前記単斜晶系酸化ガリウムの(100)面に対して2度以上の角度で傾斜すると共に4度以下の角度で傾斜する、ことを特徴とする方法。 - 前記バッファ層の成長温度は、摂氏400度以上であり、摂氏600度以下である、ことを特徴とする請求項17に記載された方法。
- 単斜晶系酸化ガリウムからなる主面を有する酸化ガリウムウエハであって、
前記酸化ガリウムウエハの前記主面は、前記単斜晶系酸化ガリウムの(100)面に対して2度以上の角度で傾斜すると共に4度以下の角度で傾斜する、ことを特徴とする酸化ガリウムウエハ。 - 前記酸化ガリウムウエハの前記主面おける傾斜の方向は、前記単斜晶系酸化ガリウムの[001]軸の方向である、ことを特徴とする請求項19に記載された酸化ガリウムウエハ。
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