JP2014132683A - 半導体素子および半導体素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体素子10において、YAG基板12は、面方位(100)、(110)、(111)のいずれかの単結晶基板として形成される。半導体素子10を製造する場合、まずYAG基板上にTMAlガスを供給し、III族元素であるアルミニウムにより核形成層18を形成する。次に核形成層18の表面にNH3ガスを供給して核形成層18の表面をV族化してAlNからなるIII−V族化合物層24を形成する。次にIII−V族化合物層24上にTMAlガスとNH3ガスとの混合ガスを供給してIII−V族化合物層20を形成する。最後にIII−V族化合物層20上にIII族窒化物半導体層16を成長結晶させる。
【選択図】図3
Description
図1は、第1の実施形態に係る半導体素子10の断面図である。半導体素子10は、YAG基板12、バッファ層14、およびIII族窒化物半導体層16を有する。
図4(a)は、比較例1に係る半導体素子を製造するときのTMAlガスおよびNH3ガスの供給タイミングを示す図である。比較例1に係る半導体素子は、バッファ層の形成方法以外は第1の実施形態に係る半導体素子10と同様の製法により製造される。
図6(a)は、比較例2に係る半導体素子のバッファ層を形成するときのTMAlガスおよびNH3ガスの供給タイミングを示す図である。また、比較例2に係る半導体素子は、バッファ層の形成方法以外は第1の実施形態に係る半導体素子10と同様の製法により製造される。
図7(a)は、比較例3に係る半導体素子のバッファ層を形成するときのTMAlガスおよびNH3ガスの供給タイミングを示す図である。比較例3では、まずYAG基板12の表面をt31の間NH3ガスに暴露させる。NH3ガスの暴露終了後、少し時間をあけて今度はTMAlガスをt32の間パルス供給した。TMAlガスのパルス供給の終了後、今度はNH3ガスのみをt33の間供給した。NH3ガスの供給開始からt33経過したとき、TMAlガスの供給を開始してTMAlガスとNH3ガスの双方の混合ガスをt34の間供給した。比較例3では、t31を5分、t32を15秒、t33を5分、t34を600秒とした。
図8は、比較例4に係る半導体素子のバッファ層を形成するときのTMAlガスおよびNH3ガスの供給タイミングを示す図である。図2に示すt2の最適時間を得るべく、t2を変化させたときのGaN層表面を観察すると共に、比較例4のGaN層表面との対比も行った。
図18は、面方位(110)のYAG基板を用いた比較例5に係る半導体素子の表面写真である。面方位(110)のYAG基板を用いる以外、半導体素子の製造方法は比較例4と同様である。したがって、比較例5に係る半導体素子では、図8に示す供給タイミングでTMAlガスおよびNH3ガスをYAG基板に供給してバッファ層を形成した後にGaN層を形成する。t41およびt42は、比較例4と同様である。このように比較例5に係る半導体素子においても、GaN層の表面には大きな凹凸が生じている。
図20は、面方位(100)のYAG基板を用いた比較例6に係る半導体素子の表面写真である。面方位(100)のYAG基板を用いる以外、半導体素子の製造方法は比較例4と同様である。したがって、比較例6に係る半導体素子では、図8に示す供給タイミングでTMAlガスおよびNH3ガスをYAG基板に供給してバッファ層を形成した後にGaN層を形成する。t41およびt42は、比較例4と同様である。このように比較例6に係る半導体素子においても、GaN層の表面には大きな凹凸が生じている。
図22は、第2の実施形態に係る半導体素子100の断面図である。以下、第1の実施形態と同様の個所は同一の符号を付して説明を省略する。
図25は、第3の実施形態に係る半導体素子150の断面図である。以下、第1の実施形態と同様の個所は同一の符号を付して説明を省略する。
Claims (15)
- 複数の面方位を持つY3Al5O12からなる単一基板上に、III−V族化合物を含むバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層上に、III族窒化物半導体層を形成する工程と、
を備え、
前記バッファ層を形成する工程は、前記単一基板上の少なくとも一部にIII族元素からなる核形成層を形成する工程を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。 - III族元素を含む第1のガスを前記単一基板上に供給することにより前記核形成層を形成することを特徴とする請求項1に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記バッファ層を形成する工程は、前記核形成層の表面の少なくとも一部をV族元素と化合させてIII−V族化合物に変化させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項1または2に記載の半導体素子の製造方法。
- V族元素を含む第2のガスを前記核形成層上に供給することにより前記核形成層の表面の少なくとも一部をIII−V族化合物に変化させることを特徴とする請求項3に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記バッファ層を形成する工程は、前記核形成層上にIII−V族化合物層を積層する工程をさらに含むことを特徴とする請求項1または2に記載の半導体素子の製造方法。
- III族元素およびV族元素の双方を含む第3のガスを前記核形成層上に供給することにより、前記核形成層上に前記III−V族化合物層を積層することを特徴とする請求項5に記載の半導体素子の製造方法。
- III族元素としてAl、Ga、およびInのうち1つ以上からなる核形成層を形成することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の半導体素子の製造方法。
- 前記バッファ層上にさらに前記バッファ層を積層する工程を備えることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の半導体素子の製造方法。
- 前記単一基板は、Yの一部をLu、Sc、La、Gd、Smのいずれかにより置換及び/又はAlの一部をIn、B、Tl、Gaのいずれかにより置換したものであることを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の半導体素子の製造方法。
- 前記単一基板は、Ce、Tb、Eu、Ba、Sr、Mg、Ca、Zn、Si、Cu、Ag、Au、Fe、Cr、Pr、Nd、Dy、Co、Ni、Tiからなる群より選ばれる少なくとも一種を付活剤として含有することを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載の半導体素子の製造方法。
- 前記Ceは、Ce3+からなることを特徴とする請求項10に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記Tbは、Tb2+からなることを特徴とする請求項10に記載の半導体素子の製造方法。
- 前記Euは、Eu2+からなることを特徴とする請求項10に記載の半導体素子の製造方法。
- Y3Al5O12からなる単一基板上に、III−V族化合物を含むバッファ層を形成する 工程と、
前記バッファ層上に、III族窒化物半導体層を形成する工程と、を備え、
前記バッファ層を形成する工程は、
III族元素を含む第1のガスを前記単一基板上に供給し、該単一基板上の少なくとも一部にIII族元素からなる核形成層を形成する第1工程と、
前記第1のガスの供給を停止してからV族元素を含む第2のガスを前記単一基板上に供給する第2工程と、
前記第2のガスを供給しながら前記第1のガスの供給を再開する第3工程と、
を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。 - 複数の面方位を持つY3Al5O12からなる単一基板と、
前記単一基板上に形成されたIII−V族化合物を含むバッファ層と、
前記バッファ層上に形成されたIII族窒化物半導体層と、
を備え、
前記バッファ層は、
前記単一基板上に形成されたIII族元素からなる核形成層と、
前記核形成層上に形成されたIII−V族化合物層と、
を含むことを特徴とする半導体素子。
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