JP3456404B2 - Semiconductor element - Google Patents

Semiconductor element

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JP3456404B2
JP3456404B2 JP06611998A JP6611998A JP3456404B2 JP 3456404 B2 JP3456404 B2 JP 3456404B2 JP 06611998 A JP06611998 A JP 06611998A JP 6611998 A JP6611998 A JP 6611998A JP 3456404 B2 JP3456404 B2 JP 3456404B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明はGaN系の半導体
層を含む半導体素子に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a semiconductor device including a GaN-based semiconductor layer.

【0002】[0002]

【従来の技術】GaN系の半導体は例えば青色発光素子
として利用できることが知られている。かかる発光素子
では、基板には一般的にサファイアが用いられ、例えば
AlN製の層を介してGaN系の半導体層が積層されて
発光素子構造が形成される。ここにAlN製の層はGa
N系の半導体層を成長させるときの核発生を与える役目
をしていると考えられる。
2. Description of the Related Art It is known that a GaN-based semiconductor can be used as, for example, a blue light emitting device. In such a light emitting device, sapphire is generally used for the substrate, and a light emitting device structure is formed by stacking GaN-based semiconductor layers with an AlN layer interposed therebetween, for example. Here, the AlN layer is Ga
It is considered to play a role in giving nucleation when growing the N-based semiconductor layer.

【0003】このような素子において、サファイア基板
を他の材料に置換することが望まれている。サファイア
基板は高価であるからである。更には、サファイア基板
は絶縁体であるため同一面側に電極を形成する必要があ
り半導体層の一部をエッチングしなければならず、それ
に応じてボンディングの工程も2倍となる。また、同一
面側にn、p両電極を形成するため、素子サイズの小型
化にも制限があった。加えて、チャージアップの問題も
あった。
In such a device, it is desired to replace the sapphire substrate with another material. This is because the sapphire substrate is expensive. Further, since the sapphire substrate is an insulator, it is necessary to form an electrode on the same surface side, and a part of the semiconductor layer must be etched, and accordingly, the bonding process is doubled. Further, since both the n and p electrodes are formed on the same surface side, there is a limitation in reducing the element size. In addition, there was the problem of charge-up.

【0004】このようなサファイア基板の不具合を回避
するため、Si基板上にGaN系の半導体層を成長させ
る技術が検討されている。特開平8−310900号公
報、特開平9−92882号公報等を参照されたい。
In order to avoid such a problem of the sapphire substrate, a technique for growing a GaN-based semiconductor layer on the Si substrate has been studied. See JP-A-8-310900 and JP-A-9-92882.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者らの検討によれば、Si基板の上にGaN系の半導体
層を成長させることは非常に困難であった。その原因の
一つに、SiとGaN系の半導体の熱膨張率の差があ
る。Siの線膨張係数が4.7 X 10-6/Kであるの
に対しGaNの線膨張係数は5.59 X 10-6/Kで
あり、前者が後者より大きい。従って、GaN系の半導
体を成長させる際に加熱をすると、図1に示す如く、S
i基板1が伸長されGaN系の半導体層3側が圧縮する
ように素子が変形する。このとき、GaN系の半導体層
3内に引っ張り応力が生じ、その結果クラック5の発生
するおそれがある。また、クラック5が生じないまでも
格子に歪みが生じる。従って、GaN系の半導体素子が
その本来の機能を発揮できなくなる。
However, according to the studies by the present inventors, it was very difficult to grow a GaN-based semiconductor layer on a Si substrate. One of the causes is the difference in the coefficient of thermal expansion between Si and GaN-based semiconductors. The linear expansion coefficient of Si is 4.7 x 10 -6 / K, whereas the linear expansion coefficient of GaN is 5.59 x 10 -6 / K, and the former is larger than the latter. Therefore, if heating is performed when growing a GaN-based semiconductor, as shown in FIG.
The device is deformed so that the i substrate 1 is expanded and the GaN-based semiconductor layer 3 side is compressed. At this time, tensile stress is generated in the GaN-based semiconductor layer 3, and as a result, cracks 5 may occur. In addition, strain occurs in the lattice even if the crack 5 does not occur. Therefore, the GaN-based semiconductor element cannot exhibit its original function.

【0006】そこで、この発明はSi基板の上にGaN
系の半導体層が容易に形成できる新規な構成の半導体発
光素子を提供することを目的とする。
Therefore, according to the present invention, GaN is formed on a Si substrate.
An object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device having a novel structure in which a system semiconductor layer can be easily formed.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成する発
明として、本願の先の出願である特願平9−29346
3において、Si基板とGaN系の半導体層との間にZ
r製のバッファ層を介在させたものが開示されている。
As an invention for achieving such an object, Japanese Patent Application No. 9-29346, which is a prior application of the present application, is disclosed.
3, in which Z is formed between the Si substrate and the GaN-based semiconductor layer.
An intervening buffer layer made of r is disclosed.

【0008】Zr製のバッファ層には以下の利点があ
る。 Zrはその融点が1000℃以上であるので、Ga
N系の半導体層の製造過程で加えられる温度によっても
安定である。 Zrはその線膨張係数が10 X 10-6/K以下で
あるので、Si材料及びGaN系の半導体材料のそれに
近く、かつその弾性率が15 X 1010N/m2以下と
比較的柔らかいので、SiとGaN系の半導体との線膨
張係数の差により生じる内部応力がバッファ層で緩和さ
れる。 Zrの窒化物生成エネルギーが負であるので、バッ
ファ層とGaN系の半導体との間に好ましい密着力が得
られる。 ZrとGaN系の半導体層との格子定数の差が2%
以下であるので、バッファ層とGaN系の半導体層とな
じみがよくなり、GaN系の半導体層の格子歪みが小さ
くなる。 Zrはシリサイドを形成できるので、バッファ層と
Si基板との間に好ましい密着力が得られる。 Zrの結晶構造はGaN系の半導体と同じ六方晶で
あるので、バッファ層とGaN系の半導体層となじみが
よくなり、GaN系の半導体層の格子歪みが小さくな
る。
The Zr buffer layer has the following advantages. Since Zr has a melting point of 1000 ° C. or higher,
It is also stable depending on the temperature applied during the manufacturing process of the N-based semiconductor layer. Since Zr has a linear expansion coefficient of 10 × 10 −6 / K or less, it is close to that of Si materials and GaN-based semiconductor materials, and its elastic modulus is 15 × 10 10 N / m 2 or less, which is relatively soft. , The internal stress caused by the difference in linear expansion coefficient between Si and the GaN-based semiconductor is relaxed in the buffer layer. Since the nitride formation energy of Zr is negative, a favorable adhesion can be obtained between the buffer layer and the GaN-based semiconductor. 2% difference in lattice constant between Zr and GaN-based semiconductor layer
Since it is the following, the buffer layer and the GaN-based semiconductor layer are better compatible with each other, and the lattice strain of the GaN-based semiconductor layer is reduced. Since Zr can form a silicide, a favorable adhesion can be obtained between the buffer layer and the Si substrate. Since the crystal structure of Zr is the same hexagonal crystal as that of the GaN-based semiconductor, the buffer layer and the GaN-based semiconductor layer are well compatible with each other, and the lattice strain of the GaN-based semiconductor layer is reduced.

【0009】Si製の基板とGaN系の半導体層との間
にZr製のバッファ層を介在させると、図2に示すよう
に、バッファ層12がGaN系の半導体層13と基板1
1との熱膨張係数の差により生じた応力を緩衝するの
で、GaN系の半導体層13内の引っ張り応力が小さく
なる。従って、そこにクラックが発生することはほとん
どなくなり、格子歪みも緩和される。よって、GaN系
の半導体層13はその本来の機能を設計どおりに発揮で
きることとなる。
When a buffer layer made of Zr is interposed between the Si substrate and the GaN-based semiconductor layer, the buffer layer 12 becomes the GaN-based semiconductor layer 13 and the substrate 1 as shown in FIG.
Since the stress generated due to the difference in the coefficient of thermal expansion from 1 is buffered, the tensile stress in the GaN-based semiconductor layer 13 becomes small. Therefore, cracks hardly occur there, and the lattice strain is relaxed. Therefore, the GaN-based semiconductor layer 13 can exhibit its original function as designed.

【0010】Si製の基板及びZr製のバッファ層はと
もに導電性である。これにより、基板に電極を接続し、
基板側よりGaN系の半導体層に通電することが可能に
なる。従って、GaN系の半導体層で素子を構成すると
き必要とされた当該半導体層に対する複雑なエッチング
が不要になる。図3の例で言えば、nクラッド層がバッ
ファ層及び基板を介して外部に電気的に接続可能とな
る。一方、サファイア基板の場合は、これが絶縁性であ
ったため発光層及びpクラッド層をエッチングしてnク
ラッド層を露出し、これを外部と電気的に接続させる必
要があった。基板及びバッファ層を介して半導体層へ通
電可能となったので、外部電源に対するボンディングも
容易になる。また、半導体層の上下で電極形成が可能と
なるので素子を小型化することができる。更には、素子
を機能デバイスに組み込み、アースをとればチャージア
ップの問題も容易に解決される。
Both the Si substrate and the Zr buffer layer are electrically conductive. This connects the electrodes to the substrate,
It is possible to energize the GaN-based semiconductor layer from the substrate side. Therefore, complicated etching for the semiconductor layer, which is required when the device is composed of the GaN-based semiconductor layer, is unnecessary. In the example of FIG. 3, the n-clad layer can be electrically connected to the outside through the buffer layer and the substrate. On the other hand, in the case of the sapphire substrate, since it was insulative, it was necessary to etch the light emitting layer and the p-clad layer to expose the n-clad layer and electrically connect it to the outside. Since the semiconductor layer can be energized via the substrate and the buffer layer, bonding to an external power source is facilitated. Further, since electrodes can be formed above and below the semiconductor layer, the device can be downsized. Furthermore, if the element is incorporated into a functional device and grounded, the problem of charge-up can be easily solved.

【0011】バッファ層がZrで形成されていると、G
aN系の半導体層が発光素子構造若しくは受光素子構造
を採る場合、このバッファ層自体が反射層の役目をす
る。従って、従来例の透明なサファイア基板を用いた発
光素子や受光素子で必要とされていた別個の反射層の形
成が不要となる。また、GaAsのように光を吸収する
材料で基板を形成した場合における当該基板の除去作業
が不要になる。
When the buffer layer is made of Zr, G
When the aN-based semiconductor layer has a light emitting element structure or a light receiving element structure, the buffer layer itself functions as a reflection layer. Therefore, it is not necessary to form a separate reflection layer, which is required in the light emitting element and the light receiving element using the transparent sapphire substrate of the conventional example. Further, when the substrate is made of a light absorbing material such as GaAs, the work of removing the substrate becomes unnecessary.

【0012】本発明者らはかかるZr製のバッファ層に
ついてさらに検討を進めた結果、下記の発明に想到し
た。この発明の第1の局面は次のとおりである。GaN
系の半導体層と、Si製の基板と、前記半導体層と前記
基板との間に設けられるZr製のバッファ層であって、
前記基板の(111)面上に形成されるバッファ層と、
を備えてなる半導体素子。
As a result of further studies on the Zr-made buffer layer, the present inventors have arrived at the following invention. The first aspect of the present invention is as follows. GaN
A system semiconductor layer, a Si substrate, and a Zr buffer layer provided between the semiconductor layer and the substrate,
A buffer layer formed on the (111) plane of the substrate,
A semiconductor device comprising:

【0013】Si基板の(111)面上に形成されたZ
r製のバッファ層はc軸配向しやすくなることがわかっ
た。即ち、Si基板の(100)面上に成長される場合
に比べて、Si基板の(111)面上に成長されたZr
の結晶はより<0001>方向に成長する傾向が高くな
る。なお、GaN系の半導体層は通常c軸配向であるの
で、その下地となるバッファ層もc軸配向であることが
好ましいことはいうまでもない。
Z formed on the (111) surface of a Si substrate
It was found that the r-made buffer layer was likely to be c-axis oriented. That is, as compared with the case where the Si substrate is grown on the (100) plane, Zr grown on the (111) plane of the Si substrate is
Crystal has a higher tendency to grow in the <0001> direction. Since the GaN-based semiconductor layer is usually c-axis oriented, it is needless to say that the underlying buffer layer is also preferably c-axis oriented.

【0014】この発明の第2の局面は次の通りである。
GaN系の半導体層と、Si製の基板と、前記半導体層
と前記基板との間に設けられるZr製のバッファ層であ
って、その膜厚が0.01〜10μmであるバッファ層
と、を備えてなる半導体素子。
The second aspect of the present invention is as follows.
A GaN-based semiconductor layer, a Si substrate, and a Zr buffer layer provided between the semiconductor layer and the substrate and having a film thickness of 0.01 to 10 μm. A semiconductor device provided.

【0015】Zr製のバッファ層の膜厚を0.01〜1
0μmとすることにより、バッファ層の少なくと上面
(GaN系の半導体層が形成される面)ではc軸配向が
確保できる。
The thickness of the Zr buffer layer is 0.01 to 1
By setting the thickness to 0 μm, the c-axis orientation can be secured at least on the upper surface (the surface on which the GaN-based semiconductor layer is formed) of the buffer layer.

【0016】バッファ層の膜厚が0.01μm未満であ
ると、バッファ層の上面でc軸配向を確保しがたい。S
i基板の結晶構造の影響がでるからと考えられる。ま
た、バッファ層の膜厚を10μmを越えて厚くする必要
はない。なお、バッファ層の膜厚は、好ましくは0.0
5〜1μmとする。更に好ましくは0.3〜1μmとす
る。
When the thickness of the buffer layer is less than 0.01 μm, it is difficult to secure the c-axis orientation on the upper surface of the buffer layer. S
This is probably because the crystal structure of the i substrate has an influence. Further, it is not necessary to increase the thickness of the buffer layer to more than 10 μm. The thickness of the buffer layer is preferably 0.0
5 to 1 μm. More preferably, it is 0.3 to 1 μm.

【0017】この発明の第3の局面は次の通りである。
Si製の基板を100〜200℃に昇温し、該基板の上
にZr製のバッファ層を形成し、該バッファ層の上にG
aN系の半導体層を形成する、ことを特徴とする半導体
素子の製造方法。
The third aspect of the present invention is as follows.
A substrate made of Si is heated to 100 to 200 ° C., a buffer layer made of Zr is formed on the substrate, and a G layer is formed on the buffer layer.
A method of manufacturing a semiconductor element, comprising forming an aN-based semiconductor layer.

【0018】昇温されたSi基板上にZrを成長させる
と、Zrはc軸配向しやすいことがわかった。これは基
板に到達したZrが表面を移動し、原子にそって安定な
格子位置に移動できることによると考えられる。バッフ
ァ層を形成する際のSi基板の温度は100〜200℃
とすることが好ましく、100℃未満であると、c軸配
向したZr製のバッファ層を得難く、また200℃を越
えてSi基板を昇温する必要はない。また、バッファ層
を形成する際のSi基板の温度は120〜200℃とす
ることが好ましい。Si基板を120℃以上とする
と、Si基板に対するバッファ層の密着力が十分とな
り、後にGaN系の半導体層を形成するためにウエハを
1000℃近くまで加熱しても、Si基板からバッファ
層が剥離若しくは浮き上がらなくなる。バッファ層を形
成する際のSi基板の温度は、更に好ましくは、120
〜180℃である。
It has been found that when Zr is grown on a heated Si substrate, Zr tends to be c-axis oriented. It is considered that this is because Zr reaching the substrate moves on the surface and can move to a stable lattice position along the atom. The temperature of the Si substrate when forming the buffer layer is 100 to 200 ° C.
If the temperature is less than 100 ° C., it is difficult to obtain a c-axis oriented Zr buffer layer, and it is not necessary to raise the temperature of the Si substrate above 200 ° C. The temperature of the Si substrate when forming the buffer layer is preferably 120 to 200 ° C. When the temperature of the Si substrate is 120 ° C. or higher, the adhesion of the buffer layer to the Si substrate becomes sufficient, and the buffer layer peels from the Si substrate even if the wafer is heated to near 1000 ° C. to form a GaN-based semiconductor layer later. Or it will not come up. The temperature of the Si substrate when forming the buffer layer is more preferably 120.
~ 180 ° C.

【0019】この発明の第4の局面は次の通りである。
Si製の基板を準備し、該基板の上にZr製のバッファ
層を形成し、該バッファ層を加熱し、該バッファ層の上
にGaN系の半導体層を形成する、ことを特徴とする半
導体素子の製造方法。
The fourth aspect of the present invention is as follows.
A semiconductor comprising: preparing a Si substrate; forming a Zr buffer layer on the substrate; heating the buffer layer; and forming a GaN-based semiconductor layer on the buffer layer. Device manufacturing method.

【0020】Zr製のバッファ層を加熱することによ
り、バッファ層のc軸配向の傾向が促進される。これ
は、Zr膜中の原子が安定な格子位置に移動できるため
と考えられる。なお、この発明において、バッファ層の
加熱は実質的に酸素の存在しない雰囲気の下で行うこと
が好ましい。バッファ層の形成材料であるZrが酸素と
反応するおそれがあるからである。加熱は400〜65
0℃、真空度:5×10-5Torr以下の条件を5分間
維持とする。更に好ましい加熱の条件は、500〜65
0℃、真空度:2×10-5Torr以下の条件を5分間
維持することである。更に更に好ましい加熱の条件は、
560〜620℃、真空度:1.5×10-5Torr以
下の条件を5分間維持することである。また、バッファ
層と基板との密着性を高めるためには、加熱用のチャン
バ内へ窒素ガス等の不活性ガスを大気圧若しくはそれよ
り高い気圧で充填し、当該チャンバ内で加熱を実行する
ことが好ましい。
By heating the buffer layer made of Zr, the tendency of the c-axis orientation of the buffer layer is promoted. It is considered that this is because atoms in the Zr film can move to stable lattice positions. In addition, in the present invention, it is preferable that the buffer layer is heated in an atmosphere substantially free of oxygen. This is because Zr, which is the material for forming the buffer layer, may react with oxygen. Heating is 400-65
The conditions of 0 ° C. and vacuum degree of 5 × 10 −5 Torr or less are maintained for 5 minutes. More preferable heating conditions are 500 to 65.
The condition is 0 ° C. and the degree of vacuum: 2 × 10 −5 Torr or less for 5 minutes. More preferable heating conditions are
The condition is to maintain a temperature of 560 to 620 ° C. and a degree of vacuum of 1.5 × 10 −5 Torr or less for 5 minutes. Further, in order to improve the adhesion between the buffer layer and the substrate, an inert gas such as nitrogen gas should be filled into the heating chamber at atmospheric pressure or higher, and heating should be performed in the chamber. Is preferred.

【0021】以上説明した各局面におけるバッファ層の
要件及びバッファ層を製造するための要件は任意に組み
合わせることができる。また、Si基板−バッファ層−
半導体層の各層間に、この発明の作用効果を阻害しない
範囲で、他の層を介在させることができる。
The requirements for the buffer layer and the requirements for manufacturing the buffer layer in each aspect described above can be arbitrarily combined. In addition, the Si substrate-buffer layer-
Other layers can be interposed between the respective layers of the semiconductor layer as long as the effects of the present invention are not impaired.

【0022】なお、特に第1の局面と第4の局面を組み
合わせると、即ち、Si基板の(111)面上にZr製
のバッファ層を形成しこのバッファ層を加熱すると、バ
ッファ層と基板との界面でZrとSiが反応してシリサ
イドとなることが抑制される。シリサイド上には高品質
なGaN系の半導体を成長させられないと考えられるの
で、シリサイド化が進むとバッファ層に所定の厚さが要
求されることとなる。従って、Si基板の(111)面
を採用し、加熱によるc軸配向化を促進しつつシリサイ
ド化を抑制し、もってできる限り薄いバッファ層を提供
できることとなる。
When the first aspect and the fourth aspect are combined, that is, when a buffer layer made of Zr is formed on the (111) plane of the Si substrate and the buffer layer is heated, the buffer layer and the substrate are separated from each other. It is suppressed that Zr and Si react with each other at the interface to form silicide. Since it is considered that a high quality GaN-based semiconductor cannot be grown on the silicide, the buffer layer is required to have a predetermined thickness as the silicidation proceeds. Therefore, by adopting the (111) plane of the Si substrate, the silicidation can be suppressed while promoting the c-axis orientation by heating, and a buffer layer as thin as possible can be provided.

【0023】バッファ層の形成の方法は特に限定され
ず、基板の材料やバッファ層自身の材料の特性に応じて
適宜選択される。例えば、既述の金属でバッファ層を形
成する場合はプラズマCVD、熱CVD、光CVD等の
CVD(Chemical Vapour Depos
ition)、スパッタ、蒸着等の(Physical
Vapour Deposition)等の方法を採用
できる。
The method for forming the buffer layer is not particularly limited, and is appropriately selected according to the characteristics of the material of the substrate and the material of the buffer layer itself. For example, when forming the buffer layer with the above-mentioned metal, CVD (Chemical Vapor Depos) such as plasma CVD, thermal CVD, or photo-CVD is used.
(ion), sputtering, vapor deposition, etc. (Physical
A method such as Vapor Deposition) can be adopted.

【0024】ただし、バッファ層を形成する際にはその
雰囲気を実質的に酸素が存在しないものとする。バッフ
ァ層を形成する際に酸素が存在すると、その形成材料で
あるZrと酸素とが反応するおそれがあるからである。
However, when forming the buffer layer, the atmosphere should be substantially free of oxygen. This is because, if oxygen is present when forming the buffer layer, Zr, which is a forming material thereof, may react with oxygen.

【0025】[0025]

【実施の形態】以下、この発明の実施の形態を説明す
る。以下に説明する形態の半導体素子は発光ダイオード
20であり、その構成を図3に示す。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below. The semiconductor element of the form described below is a light emitting diode 20, and its configuration is shown in FIG.

【0026】各半導体層のスペックは次の通りである。 層 : 組成:ドーパント (膜厚) pクラッド層25 : p−GaN:Mg (0.3μm) 発光層 24 : 超格子構造 量子井戸層 : In0.15Ga0.85N (3.5nm) バリア層 : GaN (3.5nm) 量子井戸層とバリア層の繰り返し数:1〜10 nクラッド層23 : n−GaN:Si (4μm) バッファ層22 : Zr (0.3μm) 基板21 : Si(111) (300μm)The specifications of each semiconductor layer are as follows. Layer: Composition: dopant (film thickness) p-clad layer 25: p-GaN: Mg (0.3 μm) light-emitting layer 24: superlattice structure quantum well layer: In 0.15 Ga 0.85 N (3.5 nm) barrier layer: GaN (3.5 nm ) Repetition number of quantum well layer and barrier layer: 1 to 10 n Clad layer 23: n-GaN: Si (4 μm) Buffer layer 22: Zr (0.3 μm) Substrate 21: Si (111) (300 μm)

【0027】nクラッド層23は発光層24側の低電子
濃度n層とバッファ層22側の高電子濃度n+層とから
なる2層構造とすることができる。発光層24は超格子
構造のものに限定されず、シングルへテロ型、ダブルへ
テロ型及びホモ接合型のものなどを用いることができ
る。発光層24とpクラッド層25との間にマグネシウ
ム等のアクセプタをドープしたバンドギャップの広いA
XInYGa1-X-YN(X=0,Y=0,X=Y=0を含む)層を介在
させることができる。これは発光層24中に注入された
電子がpクラッド層25に拡散するのを防止するためで
ある。pクラッド層25を発光層24側の低ホール濃度
p層と電極26側の高ホール濃度p+層とからなる2層
構造とすることができる。
The n-clad layer 23 may have a two-layer structure including a low electron concentration n layer on the light emitting layer 24 side and a high electron concentration n + layer on the buffer layer 22 side. The light emitting layer 24 is not limited to a superlattice structure, and may be a single hetero type, a double hetero type, a homojunction type, or the like. A wide bandgap A doped with an acceptor such as magnesium is provided between the light emitting layer 24 and the p-clad layer 25.
An l X In Y Ga 1-XY N (including X = 0, Y = 0, X = Y = 0) layer can be interposed. This is to prevent the electrons injected into the light emitting layer 24 from diffusing into the p-clad layer 25. The p-clad layer 25 may have a two-layer structure including a low hole concentration p layer on the light emitting layer 24 side and a high hole concentration p + layer on the electrode 26 side.

【0028】上記において、バッファ層22は次のよう
にして基板21の(111)面に形成される。まず、工
業的に汎用されるEB蒸着装置のチャンバ内へ基板21
とZr塊を装着する。そしてチャンバ内を当該装置に付
設の真空装置を用いて1×10-3Torr程度以下まで
真空引きする。その後、チャンバ内へ窒素ガスを送り込
み充満させる。このような窒素ガスパージを3回繰り返
す。その後、チャンバ内を8×10-7Torr程度まで
再度真空引きするとともに、基板21の温度をほぼ15
0℃に維持する。そして、電子ビーム法によりZrを基
板の(111)面に蒸着させる。蒸着の速度は3〜5オ
ングストローム/秒とする。
In the above, the buffer layer 22 is formed on the (111) surface of the substrate 21 as follows. First, the substrate 21 is placed in the chamber of an industrially widely used EB vapor deposition apparatus.
And put on the Zr lump. Then, the inside of the chamber is evacuated to about 1 × 10 −3 Torr or less by using a vacuum device attached to the device. After that, nitrogen gas is fed into the chamber to fill it. Such nitrogen gas purging is repeated 3 times. After that, the inside of the chamber is evacuated again to about 8 × 10 −7 Torr, and the temperature of the substrate 21 is set to about 15 ° C.
Keep at 0 ° C. Then, Zr is deposited on the (111) surface of the substrate by the electron beam method. The deposition rate is 3 to 5 Å / sec.

【0029】上記において、窒素ガスによるパージはS
i基板21へZrを蒸着させるときにZrがチャンバ内
の残留酸素と反応してZrOXを形成することを防止す
るためである。従って、窒素ガス以外の不活性ガスを用
いることもできる。また、Zrと酸素との反応を防止で
きる程度にまでチャンバ内を真空引きでる場合は、かか
る窒素ガスによるパージは不要である。しかしながら、
本発明者らの検討によれば、現在工業的に汎用される蒸
着装置に付設の真空装置の能力(真空度 〜10-7To
rr)では窒素ガスによるパージが不可欠であった。
In the above, purging with nitrogen gas is S
This is to prevent Zr from reacting with residual oxygen in the chamber to form ZrO x when Zr is vapor-deposited on the i substrate 21. Therefore, an inert gas other than nitrogen gas can be used. Further, when the chamber is evacuated to such an extent that the reaction between Zr and oxygen can be prevented, such purging with nitrogen gas is unnecessary. However,
According to a study by the present inventors, the capability (vacuum degree: 10 −7 To) of a vacuum device attached to a vapor deposition device which is currently industrially widely used.
In rr), purging with nitrogen gas was essential.

【0030】上記の条件でバッファ層22が形成された
基板21を加熱装置にセットし、他のチャンバへ装着す
る。そして、チャンバ内を1.5×10-5Torrまで
真空引きする。そして、加熱装置を作動させて当該真空
の雰囲気を維持したまま、バッファ層22をほぼ600
℃まで加熱し5分間維持する。その後、放冷する。
The substrate 21 on which the buffer layer 22 is formed under the above conditions is set in the heating device and mounted in another chamber. Then, the inside of the chamber is evacuated to 1.5 × 10 −5 Torr. Then, the buffer layer 22 is adjusted to about 600 while the heating device is operated to maintain the vacuum atmosphere.
Heat to ° C and hold for 5 minutes. Then, let stand to cool.

【0031】バッファ層の上の各GaN系の半導体層は
周知の有機金属化合物気相成長法(以下、「MOCVD
法」という。)により形成される。この成長法において
は、アンモニアガスと3族元素のアルキル化合物ガス、
例えばトリメチルガリウム(TMG)、トリメチルアル
ミニウム(TMA)やトリメチルインジウム(TMI)
とを適当な温度に加熱された基板上に供給して熱分解反
応させ、もって所望の結晶を基板の上に成長させる。
Each GaN-based semiconductor layer on the buffer layer is formed by a well-known metalorganic chemical vapor deposition method (hereinafter referred to as "MOCVD").
Law ". ). In this growth method, ammonia gas and an alkyl compound gas of a Group 3 element,
For example, trimethylgallium (TMG), trimethylaluminum (TMA) and trimethylindium (TMI)
And are supplied onto a substrate heated to an appropriate temperature to cause a thermal decomposition reaction, and thereby a desired crystal is grown on the substrate.

【0032】GaN系の半導体とはIII族窒化物半導体
であって、一般的にはAlXInYGa1ーXーYN(X=
0、Y=0、X=Y=0を含む)で表される。発光素子
及び受光素子では、周知のように、発光層が異なる導電
型の半導体層(クラッド層)で挟まれる構成であり、発
光層には超格子構造やダブルヘテロ構造等が採用され
る。
The GaN-based semiconductor is a group III nitride semiconductor, and is generally Al X In Y Ga 1-X-Y N (X =
0, Y = 0, and X = Y = 0 are included). As is well known, the light emitting element and the light receiving element have a configuration in which the light emitting layer is sandwiched between semiconductor layers (cladding layers) of different conductivity types, and a superlattice structure, a double hetero structure, or the like is adopted for the light emitting layer.

【0033】このMOCVD法を実行する際の熱によ
り、図4に示すように、バッファ層22の材料(Zr)
が基板21の材料(Si)と反応してシリサイド(Zr
Si2)が形成される。また、ZrはGaNと同じ結晶
構造(六方晶)を持ちかつ格子定数もGaNに近い。よ
って、クラッド層23とバッファ層22との間には2つ
の層が融合してZrN層が形成されていることが予想さ
れる。
As shown in FIG. 4, the material (Zr) of the buffer layer 22 is generated by the heat when performing this MOCVD method.
Reacts with the material (Si) of the substrate 21 to form silicide (Zr
Si 2 ) is formed. Zr has the same crystal structure (hexagonal) as GaN and has a lattice constant close to that of GaN. Therefore, it is expected that the two layers are fused together to form the ZrN layer between the cladding layer 23 and the buffer layer 22.

【0034】透光性電極26は金を含む薄膜であり、p
クラッド層25の上面の実質的な全面を覆って積層され
る。p電極28も金を含む材料で構成されており、蒸着
により透光性電極26の上に形成される。n電極27
は、蒸着により基板21へ取り付けられる。
The translucent electrode 26 is a thin film containing gold, and p
The clad layer 25 is laminated so as to cover substantially the entire upper surface. The p-electrode 28 is also made of a material containing gold, and is formed on the translucent electrode 26 by vapor deposition. n-electrode 27
Are attached to the substrate 21 by vapor deposition.

【0035】なお、本発明が適用される素子は上記の発
光ダイオードに限定されるものではなく、受光ダイオー
ド、レーザダイオード等の光素子の他、FET構造の電
子デバイスにも適用できる。また、これらの素子の中間
体として、Si製の基板、Zr製のバッファ層及びGa
N系の半導体層を順次積層してなる積層体にも本発明は
適用されるものである。
The element to which the present invention is applied is not limited to the above-mentioned light emitting diode, but can be applied to an optical device such as a light receiving diode and a laser diode, and also to an electronic device having an FET structure. Further, as an intermediate body of these elements, a substrate made of Si, a buffer layer made of Zr, and Ga
The present invention is also applied to a laminated body formed by sequentially laminating N-based semiconductor layers.

【0036】[0036]

【試験例】以下、この発明の効果を確認するための試験
例について説明する。
[Test Example] A test example for confirming the effect of the present invention will be described below.

【0037】(試験1)この試験は主にこの発明の第3
の局面をサポートするものである。即ち、バッファ層を
形成する際にSi基板を昇温させておくことによる効果
を確認する。各試験例においてSi基板に対するバッフ
ァ層の形成方法は、下記の表に記載の条件の他は、既述
の実施の形態で説明した方法と同一である。結果はフィ
リップス社製のX線解析装置(型番:X−pert)に
より2θ=(20〜100°)の範囲で得られた回折パ
ターンである(他の試験例においても同じ。)。
(Test 1) This test is mainly the third test of the present invention.
It supports the aspect of. That is, the effect of raising the temperature of the Si substrate when forming the buffer layer is confirmed. In each test example, the method for forming the buffer layer on the Si substrate is the same as the method described in the above-described embodiments, except for the conditions described in the table below. The result is a diffraction pattern obtained in the range of 2θ = (20 to 100 °) by an X-ray analyzer (model number: X-pert) manufactured by Philips (the same applies to other test examples).

【0038】 基板面 基板温度 結 果 試験例1 (111) 室温 図5 試験例2 (111) 150℃ 図6 試験例3 (111) 250℃ 図7 試験例4 (100) 室温 図8 試験例5 (100) 150℃ 図9 試験例6 (100) 250℃ 図10[0038]                 Substrate surface Substrate temperature result   Test Example 1 (111) Room temperature FIG.   Test Example 2 (111) 150 ° C.   Test Example 3 (111) 250 ° C.   Test Example 4 (100) room temperature FIG.   Test Example 5 (100) 150 ° C.   Test Example 6 (100) 250 ° C.

【0039】図11は試験例1〜3のZr(0002)
のピーク強度をプロットしたものであり、同様に図12
は試験例4〜6のZr(0002)のピーク強度をプロ
ットしたものである。図11及び図12の結果から、S
i基板の温度が高くなるにつれ、Si基板の面の如何に
関わらず、バッファ層のc軸配向の傾向が高くなること
がわかる。
FIG. 11 shows Zr (0002) of Test Examples 1 to 3.
12 is a plot of the peak intensities of FIG.
Is a plot of the peak intensities of Zr (0002) in Test Examples 4 to 6. From the results of FIGS. 11 and 12, S
It can be seen that as the temperature of the i substrate increases, the tendency of the c-axis orientation of the buffer layer increases regardless of the surface of the Si substrate.

【0040】(試験2)更に本発明者らは、試験例2、
3、5及び6の各バッファ層を下記の条件で加熱した。
(Test 2) Further, the inventors of the present invention conducted Test Example 2,
Each of the buffer layers 3, 5 and 6 was heated under the following conditions.

【0041】 試験例2 試験例3 試験例5 試験例6 400℃/Vac ○ ○ ○ ○ 600℃/Vac ○ ○ ○ ○ 800℃/Vac ×i ×i ×ii ×i 800℃/1気圧(N2) △ ○ ×i ○ 注)Vac:真空(約1.5×10-5Torr) 1気圧(N2):加熱時のチャンバ内へ1気圧の窒素ガスを充填 ○:バッファ層と基板との間に剥離なし △:バッファ層と基板との間に剥離はないが、バッファ層の表面に干渉色 が現れる ×i:バッファ層と基板との間に微少な剥離あり ×ii:バッファ層と基板とが全面剥離Test Example 2 Test Example 3 Test Example 5 Test Example 6 400 ° C./Vac ○ ○ ○ ○ 600 ° C./Vac ○ ○ ○ ○ 800 ° C./Vac × i × i × ii × i 800 ° C./1 atm (N 2 ) △ ○ × i ○ Note) Vac: Vacuum (about 1.5 × 10 -5 Torr) 1 atm (N 2 ): Filling the chamber at the time of heating with 1 atm of nitrogen gas ○: Buffer layer and substrate No peeling between Δ: There is no peeling between the buffer layer and the substrate, but interference color appears on the surface of the buffer layer. Xi: There is slight peeling between the buffer layer and the substrate. Xii: With the buffer layer. Complete peeling from the substrate

【0042】試験例6においてもバッファ層と基板との
間には実質的な剥離がないので、この上にGaN系の半
導体層を形成しても何ら支障はないと考えられる。これ
より、密着性に関しては、バッファ層を形成する際の基
板の温度は250℃以上とすることが好ましいことがわ
かる。
In Test Example 6 also, since there is substantially no separation between the buffer layer and the substrate, it is considered that there is no problem even if a GaN-based semiconductor layer is formed on this. From this, it is understood that regarding the adhesiveness, the temperature of the substrate when forming the buffer layer is preferably 250 ° C. or higher.

【0043】また、本発明者らの検討によれば、他の条
件が同じであったとき、Si基板の(111)面に形成
されたZr製のバッファ層は同じく(100)面に形成
されたそれよりも高いc軸配向の傾向を持つことがわか
った。この結果は本発明の第1の局面をサポートするも
のである。
Further, according to the study by the present inventors, when the other conditions are the same, the Zr buffer layer formed on the (111) plane of the Si substrate is also formed on the (100) plane. It was found that it had a tendency of higher c-axis orientation. This result supports the first aspect of the invention.

【0044】(試験3)この試験は主にこの発明の第2
の局面をサポートするものである。即ち、バッファ層に
所定の膜厚を付与することによる効果を確認する。各試
験例においてSi基板に対するバッファ層の形成方法
は、下記の表に記載の条件の他は、既述の実施の形態で
説明した方法と同一である。
(Test 3) This test is mainly the second test of the present invention.
It supports the aspect of. That is, the effect of imparting a predetermined film thickness to the buffer layer is confirmed. In each test example, the method for forming the buffer layer on the Si substrate is the same as the method described in the above-described embodiments, except for the conditions described in the table below.

【0045】 基板面 膜 厚 結 果 試験例7 (111) 0.05μm 図13 試験例8 (111) 0.3μm 図14 試験例9 (111) 1.0μm 図15 試験例10 (100) 0.05μm 図16 試験例11 (100) 0.3μm 図17 試験例12 (100) 1.0μm 図18[0045]                  Substrate surface film thickness result   Test Example 7 (111) 0.05 μm   Test Example 8 (111) 0.3 μm   Test Example 9 (111) 1.0 μm   Test Example 10 (100) 0.05 μm   Test Example 11 (100) 0.3 μm   Test Example 12 (100) 1.0 μm

【0046】図19は試験例7〜9のZr(0002)
のピーク強度をプロットしたものであり、同様に図20
は試験例10〜12のZr(0002)のピーク強度を
プロットしたものである。図19及び図20の結果か
ら、バッファ層の膜厚が厚くなるにつれ、Si基板の面
の如何に関わらず、バッファ層のc軸配向の傾向が高く
なることがわかる。
FIG. 19 shows Zr (0002) of Test Examples 7 to 9.
20 is a plot of the peak intensities of FIG.
Is a plot of the peak intensity of Zr (0002) in Test Examples 10 to 12. From the results of FIGS. 19 and 20, it can be seen that as the thickness of the buffer layer increases, the tendency of the c-axis orientation of the buffer layer increases regardless of the surface of the Si substrate.

【0047】また、図19の結果から、Si基板の(1
11)面上にバッファ層を形成したときには、膜厚の依
存性が比較的小さいことがわかる。これにより、薄いバ
ッファ層を形成する場合には、Si基板の(111)面
を用いることがよいことがわかる。この結果は本発明の
第1の局面をサポートするものである。
From the results shown in FIG. 19, (1
It can be seen that when the buffer layer is formed on the (11) plane, the dependency of the film thickness is relatively small. From this, it is understood that it is preferable to use the (111) plane of the Si substrate when forming a thin buffer layer. This result supports the first aspect of the invention.

【0048】(試験4)この試験は主にこの発明の第4
の局面をサポートするものである。即ち、バッファ層を
加熱することによる効果を確認する。各試験例において
Si基板に対するバッファ層の形成方法は、下記の表に
記載の条件の他は、既述の実施の形態で説明した方法と
同一である。
(Test 4) This test is mainly the fourth test of the present invention.
It supports the aspect of. That is, the effect of heating the buffer layer is confirmed. In each test example, the method for forming the buffer layer on the Si substrate is the same as the method described in the above-described embodiments, except for the conditions described in the table below.

【0049】 基板面 加熱温度 結 果 試験例13 (111) 加熱なし 図21 試験例14 (111) 400℃ 図22 試験例15 (111) 600℃ 図23 試験例16 (100) 加熱なし 図24 試験例17 (100) 400℃ 図25 試験例18 (100) 600℃ 図26[0049]                  Substrate surface heating temperature Result   Test Example 13 (111) No heating Fig. 21   Test Example 14 (111) 400 ° C.   Test Example 15 (111) 600 ° C.   Test Example 16 (100) No heating Fig. 24   Test Example 17 (100) 400 ° C.   Test Example 18 (100) 600 ° C.

【0050】図27は試験例13〜15のZr(000
2)のピーク強度をプロットしたものであり、同様に図
28は試験例16〜18のZr(0002)のピーク強
度をプロットしたものである。図27及び図28の結果
から、バッファ層の加熱温度が高くなるにつれバッファ
層のc軸配向の傾向が高くなることがわかる。(11
1)面を使用した場合は650℃で、(100)面を使
用した場合は500℃でシリサイド化する。
FIG. 27 shows Zr (000 in Test Examples 13 to 15).
FIG. 28 is a plot of the peak intensity of 2), and similarly, FIG. 28 is a plot of the peak intensity of Zr (0002) of Test Examples 16 to 18. From the results of FIGS. 27 and 28, it can be seen that the tendency of the c-axis orientation of the buffer layer becomes higher as the heating temperature of the buffer layer becomes higher. (11
The silicide is formed at 650 ° C. when the 1) plane is used, and at 500 ° C. when the (100) plane is used.

【0051】この発明は上記発明の実施の形態及び実施
例の記載に何ら限定されるものではなく、特許請求の範
囲を逸脱しない範囲で当業者が想到し得る種々の変形態
様を包含する。
The present invention is not limited to the above description of the embodiments and examples of the invention, and includes various modifications that can be conceived by those skilled in the art without departing from the scope of the claims.

【0052】以下、下記の事項を開示する。 (12) 前記バッファ層は昇温された前記基板に蒸着
されたものである、ことを特徴とする請求項1〜6のい
ずれかに記載の半導体素子。 (13) 前記バッファ層は前記基板の上に形成された
後、加熱されたものである、ことを特徴とする請求項1
〜6及び(12)のいずれかに記載の半導体素子。
The following matters will be disclosed below. (12) The semiconductor element according to any one of claims 1 to 6, wherein the buffer layer is vapor-deposited on the substrate whose temperature has been raised. (13) The buffer layer is heated after being formed on the substrate.
To 6 and the semiconductor device according to any one of (12).

【0053】(14) 前記バッファ層は昇温された前
記基板に蒸着されたものである、ことを特徴とする請求
項7〜11のいずれかに記載の積層体。 (15) 前記バッファ層は前記基板の上に形成された
後、加熱されたものである、ことを特徴とする請求項6
〜9及び(14)のいずれかに記載の積層体。
(14) The laminate according to any one of claims 7 to 11, wherein the buffer layer is vapor-deposited on the substrate whose temperature has been raised. (15) The buffer layer is heated after being formed on the substrate.
~ The laminated body according to any one of 9 and (14).

【0054】(21) Si製の基板を100〜200
℃に昇温し、該基板の上にZr製のバッファ層を形成
し、該バッファ層の上にGaN系の半導体層を形成す
る、ことを特徴とする半導体素子の製造方法。 (22) (111)面をもつSi製の基板を準備し、
該基板の(111)面上にZr製のバッファ層を形成
し、該バッファ層の上にGaN系の半導体層を形成す
る、ことを特徴とする半導体素子の製造方法。 (23) Si製の基板を準備し、該基板の上にZr製
のバッファ層を形成し、該バッファ層を加熱し、該バッ
ファ層の上にGaN系の半導体層を形成する、ことを特
徴とする半導体素子の製造方法。 (24) Si製の基板を準備し、該基板の上にZr製
のバッファ層を0.01〜10μmの膜厚に形成し、該
バッファ層の上にGaN系の半導体層を形成する、こと
を特徴とする半導体素子の製造方法。 (25) 前記基板の(111)面上に前記バッファ層
が形成されること、を特徴とする(21)に記載の半導
体素子の製造方法。 (26) 前記バッファ層が更に加熱される、ことを特
徴とする(21)に記載の半導体素子の製造方法。 (27) その膜厚が0.01〜10μmとなるように
前記バッファ層が形成されることを特徴とする(21)
に記載の半導体素子の製造方法。 (28) 前記バッファ層が更に加熱される、ことを特
徴とする(22)に記載の半導体素子の製造方法。 (29) その膜厚が0.01〜10μmとなるように
前記バッファ層が形成されることを特徴とする(22)
に記載の半導体素子の製造方法。 (30) その膜厚が0.01〜10μmとなるように
前記バッファ層が形成されることを特徴とする(23)
に記載の半導体素子の製造方法。 (31) 前記バッファ層が更に加熱される、ことを特
徴とする(25)に記載の半導体素子の製造方法。 (32) その膜厚が0.01〜10μmとなるように
前記バッファ層が形成されることを特徴とする(25)
に記載の半導体素子の製造方法。 (33) その膜厚が0.01〜10μmとなるように
前記バッファ層が形成されることを特徴とする(26)
に記載の半導体素子の製造方法。 (34) その膜厚が0.01〜10μmとなるように
前記バッファ層が形成されることを特徴とする(28)
に記載の半導体素子の製造方法。 (35) その膜厚が0.01〜10μmとなるように
前記バッファ層が形成されることを特徴とする(31)
に記載の半導体素子の製造方法。
(21) 100-200 Si substrate
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising heating to a temperature of ℃, forming a Zr buffer layer on the substrate, and forming a GaN-based semiconductor layer on the buffer layer. (22) Prepare a Si substrate having a (111) plane,
A method of manufacturing a semiconductor element, comprising forming a Zr buffer layer on the (111) plane of the substrate and forming a GaN-based semiconductor layer on the buffer layer. (23) A substrate made of Si is prepared, a buffer layer made of Zr is formed on the substrate, the buffer layer is heated, and a GaN-based semiconductor layer is formed on the buffer layer. And a method for manufacturing a semiconductor device. (24) A Si substrate is prepared, a Zr buffer layer is formed on the substrate to a thickness of 0.01 to 10 μm, and a GaN-based semiconductor layer is formed on the buffer layer. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: (25) The method of manufacturing a semiconductor device according to (21), wherein the buffer layer is formed on the (111) plane of the substrate. (26) The method of manufacturing a semiconductor element according to (21), wherein the buffer layer is further heated. (27) The buffer layer is formed so that the film thickness is 0.01 to 10 μm (21)
A method of manufacturing a semiconductor device according to item 1. (28) The method of manufacturing a semiconductor device according to (22), wherein the buffer layer is further heated. (29) The buffer layer is formed so that the film thickness is 0.01 to 10 μm (22)
A method of manufacturing a semiconductor device according to item 1. (30) The buffer layer is formed so that the film thickness is 0.01 to 10 μm (23)
A method of manufacturing a semiconductor device according to item 1. (31) The method for manufacturing a semiconductor device according to (25), wherein the buffer layer is further heated. (32) The buffer layer is formed so that the film thickness is 0.01 to 10 μm (25)
A method of manufacturing a semiconductor device according to item 1. (33) The buffer layer is formed so that the film thickness is 0.01 to 10 μm (26)
A method of manufacturing a semiconductor device according to item 1. (34) The buffer layer is formed so that the film thickness is 0.01 to 10 μm (28)
A method of manufacturing a semiconductor device according to item 1. (35) The buffer layer is formed so that the film thickness is 0.01 to 10 μm (31)
A method of manufacturing a semiconductor device according to item 1.

【0055】(36) 前記基板は120〜200℃に
昇温されることを特徴とする(21)、(25)、(2
6)、(27)、(31)、(32)、(33)及び
(35)のいずれかに記載の半導体素子の製造方法。 (37) 前記基板は120〜180℃に昇温されるこ
とを特徴とする請求項(21)、(25)、(26)、
(27)、(31)、(32)、(33)及び(35)
のいずれかに記載の半導体素子の製造方法。 (38) 前記バッファ層の加熱温度は400〜650
℃である、ことを特徴とする(23)、(26)、(2
8)、(30)、(31)、(33)、(34)及び
(35)のいずれかに記載の半導体素子の製造方法。 (39) 前記バッファ層の加熱温度は500〜650
℃である、ことを特徴とする(23)、(26)、(2
8)、(30)、(31)、(33)、(34)及び
(35)のいずれかに記載の半導体素子の製造方法。 (40) 前記バッファ層の加熱温度は560〜620
℃である、ことを特徴とする(23)、(26)、(2
8)、(30)、(31)、(33)、(34)及び
(35)のいずれかに記載の半導体素子の製造方法。 (41) 前記バッファ層の膜厚は0.05〜1μmで
ある、ことを特徴とする(24)、(27)、(2
9)、(30)、(32)、(33)、(34)及び
(35)のいずれかに記載の半導体素子の製造方法。 (42) 前記バッファ層の膜厚は0.3〜1μmであ
る、ことを特徴とする(24)、(27)、(29)、
(30)、(32)、(33)、(34)及び(35)
のいずれかに記載の半導体素子の製造方法。
(36) The substrate is heated to 120 to 200 ° C. (21), (25), (2)
6) The method for manufacturing a semiconductor element according to any one of (27), (31), (32), (33) and (35). (37) The substrate is heated to 120 to 180 ° C, (21), (25), (26),
(27), (31), (32), (33) and (35)
A method for manufacturing a semiconductor device according to any one of 1. (38) The heating temperature of the buffer layer is 400 to 650.
(23), (26), (2
8) A method for manufacturing a semiconductor device according to any one of (30), (31), (33), (34) and (35). (39) The heating temperature of the buffer layer is 500 to 650.
(23), (26), (2
8) A method for manufacturing a semiconductor device according to any one of (30), (31), (33), (34) and (35). (40) The heating temperature of the buffer layer is 560 to 620.
(23), (26), (2
8) A method for manufacturing a semiconductor device according to any one of (30), (31), (33), (34) and (35). (41) The film thickness of the buffer layer is 0.05 to 1 μm, (24), (27), (2)
9) A method for manufacturing a semiconductor device according to any one of (30), (32), (33), (34) and (35). (42) The film thickness of the buffer layer is 0.3 to 1 μm (24), (27), (29),
(30), (32), (33), (34) and (35)
A method for manufacturing a semiconductor device according to any one of 1.

【0056】(50) 前記バッファ層は実質的に酸素
が存在しない雰囲気の下で前記基板に蒸着される、こと
を特徴とする(21)〜(42)のいずれかに記載の半
導体素子の製造方法。 (51) 蒸着装置のチャンバ内を1×10-3Torr
以下の高真空の真空度に真空引きした後、該チャンバ内
へ不活性ガスを充満させるステップを1回もしくは複数
回行い、その後、前記チャンバ内を5×10-6Torr
以下の高真空の真空度に真空引きし、その後、前記基板
に前記バッファ層の材料を蒸着させる、ことを特徴とす
る(50)に記載の半導体素子の製造方法。 (52) 前記加熱は実質的に酸素の存在しない雰囲気
の下で行われる、ことを特徴とする(23)、(2
6)、(28)、(30)、(31)、(33)、(3
4)、(35)及び(50)〜(51)(ただし(2
3)、(26)、(28)、(30)、(31)、(3
3)、(34)及び(35)に従属するものに限る)の
いずれかに記載の半導体素子の製造方法。 (53) 前記加熱は5×10-5Torr以下の高真空
の雰囲気の下で行われる、ことを特徴とする(23)、
(26)、(28)、(30)、(31)、(33)、
(34)、(35)及び(50)〜(51)(ただし
(23)、(26)、(28)、(30)、(31)、
(33)、(34)及び(35)に従属するものに限
る)のいずれかに記載の半導体素子の製造方法。 (54) 前記加熱は不活性ガスの雰囲気の下で行われ
る、ことを特徴とする(23)、(26)、(28)、
(30)、(31)、(33)、(34)、(35)及
び(50)〜(51)(ただし(23)、(26)、
(28)、(30)、(31)、(33)、(34)及
び(35)に従属するものに限る)のいずれかに記載の
半導体素子の製造方法。
(50) The semiconductor device according to any one of (21) to (42), wherein the buffer layer is deposited on the substrate under an atmosphere substantially free of oxygen. Method. (51) 1 × 10 −3 Torr in the chamber of the vapor deposition device
After evacuation to the following high vacuum degree, the step of filling the inside of the chamber with an inert gas is performed once or plural times, and then the inside of the chamber is 5 × 10 −6 Torr.
The method for manufacturing a semiconductor device according to (50), wherein the following high vacuum degree is evacuated, and then the material of the buffer layer is deposited on the substrate. (52) The heating is performed in an atmosphere substantially free of oxygen (23), (2)
6), (28), (30), (31), (33), (3
4), (35) and (50) to (51) (however, (2
3), (26), (28), (30), (31), (3
3), (34) and (35) (limited to those subordinate to). (53) The heating is performed in a high vacuum atmosphere of 5 × 10 −5 Torr or less (23),
(26), (28), (30), (31), (33),
(34), (35) and (50) to (51) (however, (23), (26), (28), (30), (31),
(Limited to those subordinate to (33), (34) and (35)). (54) The heating is performed in an atmosphere of an inert gas (23), (26), (28),
(30), (31), (33), (34), (35) and (50) to (51) (however, (23), (26),
(28), (30), (31), (33), (34) and (35) only.

【0057】(60) GaN系の半導体層と、Si製
の基板と、前記半導体層と前記基板との間に設けられZ
r製のバッファ層とを備えてなる積層体の製造方法であ
って、上述の(21)〜(54)と同一の要件を具備し
ている、ことを特徴とする積層体の製造方法。
(60) A GaN-based semiconductor layer, a substrate made of Si, and Z provided between the semiconductor layer and the substrate.
A method for manufacturing a laminated body including a buffer layer made of r, which has the same requirements as (21) to (54) described above.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1はSi製の基板とGaN系の半導体層との
熱膨張率の差に起因する素子の反りを説明する図であ
る。
FIG. 1 is a diagram for explaining warpage of an element caused by a difference in coefficient of thermal expansion between a Si substrate and a GaN-based semiconductor layer.

【図2】図2は本発明の概念図であり、Si製の基板と
GaN系の半導体層との間にバッファ層を介在させたと
きの応力緩和を示す。
FIG. 2 is a conceptual diagram of the present invention, showing stress relaxation when a buffer layer is interposed between a Si substrate and a GaN-based semiconductor layer.

【図3】図3はこの発明の実施の形態の発光ダイオード
を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.

【図4】図4は図3における基板、バッファ層及びnク
ラッド層との拡大図であり、基板ーバッファ層間及びバ
ッファ層ーGaN間の反応を示す。
FIG. 4 is an enlarged view of the substrate, the buffer layer and the n-clad layer in FIG. 3, showing the reaction between the substrate-buffer layer and the buffer layer-GaN.

【図5】図5は試験例1の回折パターンを示す。FIG. 5 shows a diffraction pattern of Test Example 1.

【図6】図6は試験例2の回折パターンを示す。FIG. 6 shows a diffraction pattern of Test Example 2.

【図7】図7は試験例3の回折パターンを示す。FIG. 7 shows a diffraction pattern of Test Example 3.

【図8】図8は試験例4の回折パターンを示す。FIG. 8 shows a diffraction pattern of Test Example 4.

【図9】図9は試験例5の回折パターンを示す。FIG. 9 shows a diffraction pattern of Test Example 5.

【図10】図10は試験例6の回折パターンを示す。FIG. 10 shows a diffraction pattern of Test Example 6.

【図11】図11は試験例1〜3のZr(0002)の
ピーク強度をプロットしたグラフ図である。
FIG. 11 is a graph chart in which peak intensities of Zr (0002) of Test Examples 1 to 3 are plotted.

【図12】図12は試験例4〜6のZr(0002)の
ピーク強度をプロットしたグラフ図である。
FIG. 12 is a graph chart in which peak intensities of Zr (0002) of Test Examples 4 to 6 are plotted.

【図13】図13は試験例7の回折パターンを示す。FIG. 13 shows a diffraction pattern of Test Example 7.

【図14】図14は試験例8の回折パターンを示す。FIG. 14 shows a diffraction pattern of Test Example 8.

【図15】図15は試験例9の回折パターンを示す。FIG. 15 shows a diffraction pattern of Test Example 9.

【図16】図16は試験例10の回折パターンを示す。16 shows a diffraction pattern of Test Example 10. FIG.

【図17】図17は試験例11の回折パターンを示す。FIG. 17 shows a diffraction pattern of Test Example 11.

【図18】図18は試験例12の回折パターンを示す。FIG. 18 shows a diffraction pattern of Test Example 12.

【図19】図19は試験例7〜9のZr(0002)の
ピーク強度をプロットしたグラフ図である。
FIG. 19 is a graph chart in which peak intensities of Zr (0002) of Test Examples 7 to 9 are plotted.

【図20】図20は試験例10〜12のZr(000
2)のピーク強度をプロットしたグラフ図である。
FIG. 20 shows Zr (000 in Test Examples 10 to 12).
It is the graph which plotted the peak intensity of 2).

【図21】図21は試験例13の回折パターンを示す。FIG. 21 shows a diffraction pattern of Test Example 13.

【図22】図22は試験例14の回折パターンを示す。FIG. 22 shows a diffraction pattern of Test Example 14.

【図23】図23は試験例15の回折パターンを示す。FIG. 23 shows a diffraction pattern of Test Example 15.

【図24】図24は試験例16の回折パターンを示す。FIG. 24 shows a diffraction pattern of Test Example 16.

【図25】図25は試験例17の回折パターンを示す。FIG. 25 shows a diffraction pattern of Test Example 17.

【図26】図26は試験例19の回折パターンを示す。FIG. 26 shows a diffraction pattern of Test Example 19.

【図27】図27は試験例13〜15のZr(000
2)のピーク強度をプロットしたグラフ図である。
FIG. 27 shows Zr (000 in Test Examples 13 to 15).
It is the graph which plotted the peak intensity of 2).

【図28】図28は試験例16〜18のZr(000
2)のピーク強度をプロットしたグラフ図である。
FIG. 28 shows Zr (000 in Test Examples 16 to 18).
It is the graph which plotted the peak intensity of 2).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、11、21 基板 12、22 バッファ層 3、13、23、24、25 GaN系の半導体層 20 半導体発光素子 1, 11, 21 substrate 12,22 Buffer layer 3, 13, 23, 24, 25 GaN-based semiconductor layer 20 Semiconductor light emitting device

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野杁 静代 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑 1番地 豊田合成株式会社内 (56)参考文献 特開 平10−321954(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 33/00 H01L 31/10 H01S 5/00 - 5/50 C03B 23/00 - 25/22 H01L 21/205 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Shizuyo Nogyo 1 Ochiai, Nagahata, Ojiai, Kasuga-cho, Nishikasugai-gun, Aichi Prefecture (56) Reference: Japanese Patent Laid-Open No. 10-321954 (JP, A) (58) ) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 33/00 H01L 31/10 H01S 5/00-5/50 C03B 23/00-25/22 H01L 21/205

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 GaN系の半導体層と、Si基板 と、 前記半導体層と前記基板との間に設けられるc軸配向し
たZrバッファ層であって、前記基板の(111)面上
に形成されるバッファ層と、を備えてなる半導体素子。
1. A GaN-based semiconductor layer, a Si substrate, and a c-axis oriented layer provided between the semiconductor layer and the substrate.
A Zr buffer layer , the buffer layer being formed on the (111) plane of the substrate.
【請求項2】 GaN系の半導体層と、Si基板 と、 前記半導体層と前記基板との間に設けられるc軸配向し
たZrバッファ層であって、その膜厚が0.01〜10
μmであるバッファ層と、を備えてなる半導体素子。
2. A GaN-based semiconductor layer, a Si substrate, and a c-axis oriented layer provided between the semiconductor layer and the substrate.
The Zr buffer layer has a thickness of 0.01 to 10
A semiconductor device comprising a buffer layer having a thickness of μm.
【請求項3】 前記バッファ層の膜厚が0.05〜1μ
mであることを特徴とする請求項2に記載の半導体素
子。
3. The buffer layer has a thickness of 0.05 to 1 μm.
The semiconductor element according to claim 2, wherein m is m.
【請求項4】 前記基板の(111)面に前記バッファ
層が形成される、ことを特徴とする請求項2又は3に記
載の半導体素子。
4. The semiconductor device according to claim 2, wherein the buffer layer is formed on the (111) plane of the substrate.
【請求項5】 GaN系の半導体層と、Si基板 と、 前記半導体層と前記基板との間に設けられるc軸配向し
たZrバッファ層と、を備えてなる半導体素子。
5. A GaN-based semiconductor layer, a Si substrate, and a c-axis oriented layer provided between the semiconductor layer and the substrate.
And a Zr buffer layer .
【請求項6】 前記半導体素子は発光素子又は受光素子
である、ことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記
載の半導体素子。
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is a light emitting device or a light receiving device.
【請求項7】 GaN系の半導体層と、Si基板 と、 前記半導体層と前記基板との間に設けられc軸配向した
Zrバッファ層であって、前記基板の(111)面上に
形成されるバッファ層と、から構成される積層体。
7. A GaN-based semiconductor layer, a Si substrate, and a c-axis orientation provided between the semiconductor layer and the substrate .
A stack comprising a Zr buffer layer , which is formed on the (111) plane of the substrate.
【請求項8】 GaN系の半導体層と、Si基板 と、 前記半導体層と前記基板との間に設けられるc軸配向し
たZrバッファ層であって、その膜厚が0.01〜10
μmであるバッファ層と、から構成される積層体。
8. A GaN-based semiconductor layer, a Si substrate, and a c-axis oriented layer provided between the semiconductor layer and the substrate.
The Zr buffer layer has a thickness of 0.01 to 10
and a buffer layer having a thickness of μm.
【請求項9】 前記バッファ層の膜厚が0.05〜1μ
mであることを特徴とする請求項8に記載の積層体。
9. The buffer layer has a thickness of 0.05 to 1 μm.
It is m, The laminated body of Claim 8 characterized by the above-mentioned.
【請求項10】 前記基板の(111)面に前記バッフ
ァ層が形成される、ことを特徴とする請求項8又は9に
記載の積層体。
10. The laminate according to claim 8, wherein the buffer layer is formed on the (111) plane of the substrate.
【請求項11】 GaN系の半導体層と、Si基板 と、 前記半導体層と前記基板との間に設けられc軸配向した
Zrバッファ層と、を備えてなる積層体。
11. A GaN-based semiconductor layer, a Si substrate, and a c-axis orientation provided between the semiconductor layer and the substrate .
And a Zr buffer layer .
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