JP3480297B2

JP3480297B2 - 半導体素子

Info

Publication number: JP3480297B2
Application number: JP03198298A
Authority: JP
Inventors: 敏明千代; 直樹柴田; 潤伊藤; 静代野杁
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 1997-10-10
Filing date: 1998-01-28
Publication date: 2003-12-15
Anticipated expiration: 2018-01-28
Also published as: JPH11176758A

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【０００４】このようなサファイア基板の不具合を回避
するため、シリコン基板上に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。

【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、シリコン基板の上に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、シリコンとＧａＮ系の半導体の熱膨張率の
差がある。シリコンの線膨張係数が４．７ X １０^-6／
Ｋであるのに対しＧａＮの線膨張係数は５．５９ X １
０^-6／Ｋであり、前者が後者より大きい。従って、Ｇａ
Ｎ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、シリコン基板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、Ｇａ
Ｎ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。

【０００６】そこで、この発明はシリコン基板の上にＧ
ａＮ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。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者のうちの一人は
上記の目的を達成すべく鋭意検討をした結果、特願平９
−２９３４６３において、シリコン基板とＧａＮ系の半
導体層との間にＣｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｔｉ、Ｚ
ｒから選ばれる１種又は２種以上の金属からなる１又は
２以上のバッファ層を介在させることに想到した。

【０００８】シリコン製の基板とＧａＮ系の半導体層と
の間に上記金属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１１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、Ｇ
ａＮ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。

【０００９】シリコン製の基板及び金属製のバッファ層
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、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。

【００１０】バッファ層が金属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。

【００１１】本発明者らはＺｒとＴｉに注目して更に検
討を進めた。ＺｒとＴｉには下記の利点があるからであ
る。Ｔｉ及びＺｒはその融点が１０００℃以上であるの
で、ＧａＮ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。Ｔｉ及びＺｒはその線膨張係数が１０ X １０^-6／
Ｋ以下であるので、シリコン材料のそれに近く、かつ
Ｔｉ及びＺｒの弾性率が１５ X １０¹⁰Ｎ／ｍ²以下と比
較的柔らかいので、シリコンと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。Ｔｉはシリサイドを形成できるので、バッファ層と
シリコン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。なお、ＴｉとＺｒの具体的な特性は次の通りである。融点線膨張係数弾性率格子定数Ｔｉ 1680℃ 8.9 X 10^-6／Ｋ 11.42 X 10¹⁰Ｎ／ｍ² 2.950 Ｚｒ 1850℃ 5.0 X 10^-6／Ｋ 9.76 X 10¹⁰Ｎ／ｍ² 3.231

【００１２】上記検討の結果、下記の発明に想到した。
シリコン製の基板と、ＧａＮ系の半導体層と、前記基板
と前記半導体層との間に設けられるバッファ層であっ
て、該バッファ層は前記基板の上に形成されるＴｉ製の
第１のバッファ層と、該第１のバッファ層の上に形成さ
れるＺｒ製の第２のバッファ層とからなるバッファ層
と、を備えてなる半導体素子。

【００１３】このようにシリコン製の基板の上にＴｉの
層とＺｒの層を順次形成すると、Ｚｒの層はｃ軸配向し
やすくなることがわかった。即ち、シリコン基板の上に
直接Ｚｒの層を形成する場合と比べて、シリコン基板の
上にＴｉの層を介して成長されたＺｒの結晶は＜０００
１＞方向に成長する傾向が高くなる。これはＴｉが高い
配向性を持って成膜できることに起因する。なお、Ｇａ
Ｎ系の半導体層は通常ｃ軸配向であるので、その下地と
なるバッファ層もその少なくとも表面（半導体層と接す
る面）においてｃ軸配向であることが好ましいことはい
うまでもない。

【００１４】ここにＴｉ製の第１のバッファ層の膜厚は
０．０１〜１０μｍとすることが好ましい。０．０１μ
ｍ未満であるとｃ軸配向性が弱いからであり、１０μｍ
を越えると表面ムラがおき、それぞれ好ましくない。更
に好ましくは０．０１〜１μｍである。更に更に好まし
くは０．０３〜０．３μｍである。Ｚｒ製の第２のバッ
ファ層の膜厚は０．１μｍ以上とすることが好ましい。
０．１μｍ未満であるとｃ軸配向性が弱い。更に好まし
くは０．２〜０．８μｍである。更に更に好ましくは
０．２〜０．５μｍである。

【００１５】なお、基板−第１のバッファ層−第２のバ
ッファ層−半導体層の各層間に、本発明の作用効果を阻
害しない範囲で、他の層を設けることができる。

【００１６】更に本発明者らの検討によれば、Ｔｉ製の
第１のバッファ層をシリコン基板の（１１１）面上に形
成すると、Ｚｒ製の第２のバッファ層のｃ軸配向がより
促進されることがわかった。

【００１７】更に本発明者らの検討によれば、シリコン
基板を昇温した後にＴｉ製の第１のバッファ層及びＺｒ
製の第２のバッファ層を成長させることが好ましい。シ
リコン基板を昇温した状態でバッファ層を形成すると、
Ｚｒがｃ軸配向しやすいことがわかったからである。理
由はＺｒが基板に到達したときに格子点に移動しやすい
からと考えられる。バッファ層を形成する際のシリコン
基板の温度は１００〜２５０℃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２５０℃を越えてシリコン基板を昇温
する必要はない。また、バッファ層を形成する際のシリ
コン基板の温度は１３０〜２００℃とすることが更に好
ましい。シリコン基板を１３０℃以上とすると、シリコ
ン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、シリコン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
る際のシリコン基板の温度は、更に更に好ましくは、１
５０〜２００℃である。

【００１８】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（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｕｒＤｅｐｏｓ
ｉｔｉｏｎ）、スパッタ、蒸着等の（Ｐｈｙｓｉｃａｌ
ＶａｐｏｕｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等の方法を採用
できる。

【００１９】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Ｔｉ及びＺｒと酸素とが反応するおそれがあるから
である。

【００２０】

【発明の実施の形態】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。

【００２１】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：Ｉｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ（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）第２のバッファ層２２ｂ：Ｚｒ（0.3μm）第１のバッファ層２２ａ：Ｔｉ（0.05μm）基板２１：Ｓｉ＜１１１＞（300μm）

【００２２】ｎクラッド層２３は発光層２４側の低電子
濃度ｎ層と第２のバッファ層２２ｂ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Ａｌ_XＩｎ_YＧａ_1-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。

【００２３】上記において、第１のバッファ層２２ａ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、Ｔｉ塊及び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^-3Ｔ
ｏｒｒ程度まで真空引きする。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^-7Ｔ
ｏｒｒ程度まで再度真空引きするとともに、基板２１を
ランプヒータでほぼ１５０℃に維持する。そして、電子
ビーム法によりＴｉを基板の（１１１）面に蒸着させ、
膜厚が約０．０５μｍの第１のバッファ層２２ａを得
る。蒸着の速度は３〜５オングストローム／秒とする。
続いて、８×１０^-7Ｔｏｒｒの真空状態を維持した状態
で、電子ビーム法によりＺｒを第１のバッファ層２２ａ
の上に蒸着させ、膜厚が約０．３μｍの第２のバッファ
層２２ｂを得る。蒸着の速度は３〜５オングストローム
／秒とする。

【００２４】上記において、窒素ガスによるパージはシ
リコン基板２１へＴｉ及びＺｒを蒸着させるときにＴｉ
とＺｒがチャンバ内の残留酸素と反応してＴｉＯ_X及び
ＺｒＯ_X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、Ｔｉ及び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きる場合は、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^-7Ｔｏｒｒ）では
窒素ガスによるパージが不可欠であった。

【００２５】その後、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、第１の
バッファ層２２及び第２のバッファ層２３をほぼ６００
℃まで加熱し５分間維持する（アニールする）。その
後、放冷する。

【００２６】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。な
お、ＧａＮ系半導体層は分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）
によっても同様のものが得られる。

【００２７】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Ａｌ_XＩｎ_YＧａ_1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。

【００２８】このＭＯＣＶＤ法を実行する際の熱によ
り、図４に示すように、第１のバッファ層２２ａの材料
（Ｔｉ）が基板２１の材料（Ｓｉ)と反応してシリサイ
ド（ＴｉＳｉ₂）が形成される。また、第２のバッファ
層２２ｂの材料（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と第２のバッファ層２２ｂ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。

【００２９】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。

【００３０】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、シリコン製の基板、Ｔｉ製の第１のバッファ
層、Ｚｒ製の第２のバッファ層及びＧａＮ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。なお、基板にはＳｉの他にＧａＰ、ＧａＡｓ及
びＩｎＰ等でも同様の結果が得られる。

【００３１】

【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。

【００３２】（試験１）この試験はシリコン基板の上に
Ｔｉ製の第１のバッファ層を介してＺｒ製の第２のバッ
ファ層を成長させることによる効果を確認するものであ
る。試験例１及び試験例２ともにシリコン基板の（１０
０）面を準備し、その上にバッファ層を形成した。試験
例１ではシリコン基板の上にＴｉ製の第１のバッファを
設け、続いて、第１のバッファ層の上にＺｒ製の第２の
バッファ層を設けた。試験例２ではシリコン基板の上に
直接Ｚｒ製のバッファ層を設けた。試験例１及び試験例
２における各バッファ層の形成方法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。）。

【００３３】図５及び図６はそれぞれ試験例１及び試験
例２の回折パターンである。図５及び図６の結果から、
シリコン基板の上にＴｉ製の第１のバッファ層を介して
Ｚｒ製の第２のバッファ層を成長させた方が、シリコン
基板の上にＺｒ製のバッファ層を直接成長させた場合と
比較してＺｒ製の第２のバッファ層のｃ軸配向の傾向が
高いことがわかる。

【００３４】（試験２）この試験は試験１で用いたシリ
コン基板の面と異なる面に各バッファ層を形成した場合
の、Ｔｉ製の第１のバッファ層を介してＺｒ製の第２の
バッファ層を成長させることによる効果を確認するもの
である。試験１ではシリコン基板の（１００）面の上に
各バッファ層を形成したが、試験２ではシリコン基板の
（１１１）面を準備し、その上に各バッファ層を形成し
た。試験１における試験例１と同様、試験例３ではシリ
コン基板の上にＴｉ製の第１のバッファを設け、続い
て、第１のバッファ層の上にＺｒ製の第２のバッファ層
を設けた。試験例４では試験１における試験例２と同
様、シリコン基板の上に直接Ｚｒ製のバッファ層を設け
た。その他の条件は試験１と同一である。

【００３５】図７及び図８はそれぞれ試験例３及び試験
例４の回折パターンである。図７及び図８の結果から、
シリコン基板の（１１１）面の上にバッファ層を形成さ
せた場合においてもシリコン基板の（１００）面の上に
バッファ層を成長させた場合と同様に、シリコン基板の
上にＴｉ製の第１のバッファ層を介してＺｒ製の第２の
バッファ層を成長させた方がＺｒ製の第２のバッファ層
のｃ軸配向の傾向が高いことがわかる。

【００３６】（試験３）この試験はシリコン基板の（１
１１）面と（１００）面の上にそれぞれ各バッファ層を
形成した場合の、Ｚｒ製のバッファ層のｃ軸配向度を比
較するものである。試験例５ではシリコン基板の（１１
１）面を準備し、その上にＴｉ製の第１のバッファ層を
形成し、続いてＺｒ製の第２のバッファ層を形成した。
試験例６ではシリコン基板の（１１１）面の代わりに
（１００）面を準備して、その他は試験例５と同様に各
バッファ層を形成した。その他の各バッファ層の形成方
法は既述の実施の形態で説明した方法と同一である。

【００３７】図９及び図１０はそれぞれ試験例５及び試
験例６の回折パターンである。図９及び図１０の結果か
ら、シリコン基板の（１１１）面の上に第１及び第２の
バッファ層を形成した方がシリコン基板の（１００）面
の上に同様に各バッファ層を形成した場合と比較してＺ
ｒ製の第２のバッファ層のｃ軸配向の傾向が高いことが
わかる。

【００３８】（試験４）この試験はバッファ層をアニー
ルした場合の本発明の効果を確認するものである。試験
４では試験３の試験例５及び試験例６をそれぞれ下記の
条件でアニールした。試験例７〜試験例１０は試験例５
をそれぞれ異なる条件でアニールした結果であり、試験
例１１〜試験例１４は試験例６をそれぞれ異なる条件で
アニールした結果である。

【００３９】基板面アニール条件結果試験例５（１１１）なし ○ 試験例６（１００）なし ○ 試験例７（１１１）４００℃／Ｖａｃ ○ 試験例８（１１１）６００℃／Ｖａｃ ○ 試験例９（１１１）８００℃／Ｖａｃ △ 試験例１０（１１１）８００℃／１気圧（Ｎ₂） ○ 試験例１１（１００）４００℃／Ｖａｃ ○ 試験例１２（１００）６００℃／Ｖａｃ ○ 試験例１３（１００）８００℃／Ｖａｃ △ 試験例１４（１００）８００℃／１気圧（Ｎ₂） ○ 注）Ｖａｃ：真空（約１．５×１０^-5Ｔｏｒｒ）１気圧（Ｎ₂）：アニール時のチャンバ内へ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微少な剥離あり

【００４０】上記の試験結果より、８００℃の温度条件
でアニールした場合には、バッファ層を形成させるシリ
コン基板の面に拘わらず、真空の雰囲気下ではバッファ
層と基板との間に微少な剥離が生ずることがわかる（試
験例９及び１３）。これに比較して、チャンバ内に１気
圧の窒素を充填した雰囲気下でアニールを行った場合に
は、８００℃の条件においてもバッファ層と基板の間に
剥離は生じず、良好な積層体が得られることがわかる
（試験例１０及び１４）。この結果、高温でアニールを
行う場合には、チャンバ内を１気圧の窒素ガスで充填し
た雰囲気下で行うのが好ましいことがわかる。

【００４１】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。

【００４２】以下、下記の事項を開示する。（１０）シリコン製の基板と、ＧａＮ系の半導体層
と、前記基板と前記半導体層との間に設けられるバッフ
ァ層であって、該バッファ層は前記基板側のＴｉ製の第
１のバッファ層と、前記半導体層側のＺｒ製の第２のバ
ッファ層とを含んでなるバッファ層と、を備えてなる半
導体素子。（１１）シリコン製の基板と、ＧａＮ系の半導体層
と、前記基板と前記半導体層との間に設けられるバッフ
ァ層であって、該バッファ層は前記基板側のＴｉ製の第
１のバッファ層と、前記半導体層側のＺｒ製の第２のバ
ッファ層とを含んでなるバッファ層と、から構成される
積層体。

【００４３】（２０）シリコン製の基板を準備し、該
基板の上にＴｉ製の第１のバッファ層を形成し、該第１
のバッファ層の上にＺｒ製の第２のバッファ層を形成
し、該第２のバッファ層の上に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。（２１）シリコン製の基板を１００〜２５０℃に昇温
し、該基板の上にＴｉ製の第１のバッファ層と、該第１
のバッファ層の上にＺｒ製の第２のバッファ層を形成
し、その後、該第２のバッファ層の上に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）面をもつシリコン製の基板を準備
し、該基板の上にＴｉ製の第１のバッファ層を形成し、
該第１のバッファ層の上にＺｒ製の第２のバッファ層を
形成し、該第２のバッファ層の上に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）（１１１）面をもつシリコン製の基板を準備
し、該基板を１００〜２５０℃に昇温し、該基板の上に
Ｔｉ製の第１のバッファ層を形成し、該第１のバッファ
層の上にＺｒ製の第２のバッファ層を形成し、該第２の
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）シリコン製の基板を準備し、該基板の上にＴ
ｉ製の第１のバッファ層を形成し、該第１のバッファ層
の上にＺｒ製の第２のバッファ層を形成し、該第２のバ
ッファ層の上にＧａＮ系の半導体層を形成する積層体の
製造方法。（２５）シリコン製の基板を１００〜２５０℃に昇温
し、該基板の上にＴｉ製の第１のバッファ層を形成し、
該第１のバッファ層の上にＺｒ製の第２のバッファ層を
形成し、該第２のバッファ層の上にＧａＮ系の半導体層
を形成する、ことを特徴とする積層体の製造方法。（２６）（１１１）面をもつシリコン製の基板を準備
し、該基板の上にＴｉ製の第１のバッファ層を形成し、
該第１のバッファ層の上にＺｒ製の第２のバッファ層を
形成し、該第２のバッファ層の上にＧａＮ系の半導体層
を形成する、ことを特徴とする積層体の製造方法。（２７）（１１１）面をもつシリコン製の基板を準備
し、該基板を１００〜２５０℃に昇温し、該基板の上に
Ｔｉ製の第１のバッファ層を形成し、該第１のバッファ
層の上にＺｒ製の第２のバッファ層を形成し、該第２の
バッファ層の上にＧａＮ系の半導体層を形成する、こと
を特徴とする積層体の製造方法。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はシリコン製の基板と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。

【図２】図２は本発明の概念図であり、シリコン製の基
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。

【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。

【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−Ｔｉ製の第１のバッ
ファ層間及びＺｒ製の第２のバッファ層−ＧａＮ間の反
応を示す。

【図５】図５は実験例１の回折パターンを示す。

【図６】図６は比較例１の回折パターンを示す。

【図７】図７は実験例２の回折パターンを示す。

【図８】図８は比較例２の回折パターンを示す。

【図９】図９は実験例３の回折パターンを示す。

【図１０】図１０は比較例３の回折パターンを示す。

【符号の説明】

１、１１、２１基板１２、バッファ層２２ａＴｉ製の第１のバッファ層２２ｂＺｒ製の第２のバッファ層３、１３、２３、２４、２５ＧａＮ系の半導体層２０半導体発光素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＨ０１Ｓ 5/323 ６１０Ｈ０１Ｓ 5/323 ６１０ (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11−260835（ＪＰ，Ａ) 特開平９−162125（ＪＰ，Ａ) 特開平８−316145（ＪＰ，Ａ) 特開平９−92882（ＪＰ，Ａ) 特開平８−310900（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/205 C30B 23/08 C30B 29/40 502 H01L 21/20 H01L 33/00 H01S 5/323 610

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】シリコン製の基板と、ＧａＮ系の半導体層と、前記基板と前記半導体層との間に設けられるバッファ層
であって、該バッファ層は前記基板の上に形成されるＴ
ｉ製の第１のバッファ層と、該第１のバッファ層の上に
形成されるＺｒ製の第２のバッファ層とからなるバッフ
ァ層と、を備えてなる半導体素子。
【請求項２】前記基板の（１１１）面上に前記バッフ
ァ層が形成される、ことを特徴とする請求項１に記載の
半導体素子。
【請求項３】シリコン製の基板と、ＧａＮ系の半導体層と、前記基板と前記半導体層との間に設けられるバッファ層
であって、該バッファ層は前記基板の上に形成されるＴ
ｉ製の第１のバッファ層と、該第１のバッファ層の上に
形成されるＺｒ製の第２のバッファ層とからなるバッフ
ァ層と、から構成される積層体。
【請求項４】前記基板の（１１１）面上に前記バッフ
ァ層が形成される、ことを特徴とする請求項３に記載の
積層体。