JP4320396B2

JP4320396B2 - シリコン基板上に結晶性の優れた窒化物半導体層を形成する方法および窒化物半導体発光素子

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Publication number: JP4320396B2
Application number: JP2002219871A
Authority: JP
Inventors: 國雄伊藤; 重之中村
Original assignee: Institute of National Colleges of Technologies Japan
Current assignee: Institute of National Colleges of Technologies Japan
Priority date: 2002-07-29
Filing date: 2002-07-29
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2022-07-29
Also published as: JP2004063762A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン基板上に結晶性の優れた窒化物半導体層を形成する方法および窒化物半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
窒化物半導体は、特に青色発光素子（発光ダイオードやレーザダイオード）の材料として近時多くの注目を集めている。かかる窒化物半導体発光素子は、適当な基板上に窒化物半導体からなる発光素子構造を成長させて製造されている。
【０００３】
窒化物半導体は、これと格子整合し、しかも結晶性に優れた窒化物半導体を成長させるための基板となる材料がほとんどなく、現状では、主にサファイアを基板として用い、その上に窒化物半導体素子構造を成長させている。
【０００４】
しかしながら、サファイアは高価であり、シリコンのように安価な材料を基板として用いて結晶性の優れた半導体窒化物が得られれば、その上に、結晶欠陥の少ない窒化物半導体発光構造をさらに成長させることができるので、得られる窒化物半導体発光素子の性能が一層向上することが期待される。
【０００５】
ところで、シリコンの格子定数は、５．４３Åであり、窒化物半導体、例えばＩｎＧａＮの格子定数は３．３Åであり、両者の格子定数は大きく異なるため、シリコン基板上に結晶性の優れた窒化物半導体を直接成長させることは困難である。
【０００６】
そこで、従来、シリコン基板上にバッファ層を形成してから、その上に所望の窒化物半導体を成長させることが行われている。例えば、特開平９−１３４８７８号公報には、シリコン基板上に、まずＧａ薄膜を形成し、このＧａ薄膜上に直接または窒化層を介してＧａＮ等の窒化ガリウム系化合物半導体を成長させる方法が開示されている。また、特開平１１−１４５５１４号公報には、シリコン基板等の上にインジウムを含む窒化ガリウム系半導体からなるバッファ層を形成した後、窒化ガリウム系半導体層を成長させる方法が開示されている。さらに、特開２０００−２９８１６９号公報には、シリコン基板上にＡｌＧａＮからなるバッファ層を形成した後、ＡｌＧａＮとＩｎＧａＮとの交互積層構造の多層膜反射層を設ける方法が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のバッファ層は、その上に結晶性の優れた窒化物半導体を形成するためにはなお満足できるものではなかった。
【０００８】
従って、本発明の目的は、シリコン基板上に結晶性に優れた窒化物半導体を形成する新規な方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、そのように形成された窒化物半導体上に窒化物半導体発光構造を有する窒化物半導体発光素子を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成すべく、シリコン基板上に形成するバッファ層について鋭意研究した。その結果、ＩＩ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物半導体およびＩＩ−ＩＶ−Ｖ族化合物半導体には、格子定数がシリコンとＩＩＩ族窒化物半導体との中間の格子定数を有するものがあるが、かかる化合物半導体をシリコン基板上に直接十分な厚さで良好な結晶性をもって成長させることが極めて困難であることがわかった。本発明者らはかかる化合物半導体のバッファ層としての適用性についてさらに検討した結果、これらＩＩ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物半導体およびＩＩ−ＩＶ−Ｖ族化合物半導体並びに窒化ガリウム系半導体の４種の化合物半導体のうちの少なくとも２種の化合物半導体を超格子構造として積層することにより上記困難性を解消し得ることを見いだした。本発明は、かかる知見に基づく。
【００１０】
すなわち、本発明によれば、それぞれシリコンとバッファ層上に形成しようとするＩＩＩ族窒化物半導体との中間の格子定数を有するＩＩ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物半導体およびＩＩ−ＩＶ−Ｖ族化合物半導体、並びに窒化ガリウム系窒化物半導体の４種の化合物半導体のうちの少なくとも２種の化合物半導体を超格子構造を構成するように積層してバッファ層を形成する工程であって、シリコン基板に最も近い化合物半導体層は、シリコンに最も近い格子定数を有する化合物半導体で形成し、バッファ層の内最上層の化合物半導体層は、前記ＩＩＩ族窒化物半導体に最も近い格子定数を有する化合物半導体で形成するところの工程、および前記バッファ層上に前記ＩＩＩ族窒化物半導体層を形成する工程を包含し、前記ＩＩ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物半導体は、ＺｎＩｎ ₂ Ｓ ₄ 、ＣｄＩｎ ₂ Ｓ ₂ Ｓｅ ₂ 、ＺｎＩｎ2Ｓｅ ₄ およびＣｄＩｎＧａＳ ₄ からなる群の中から選ばれ、前記Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物半導体は、ＣｕＧａＳ ₂ 、ＣｕＡｌＳ ₂ およびＣｕＧａＡｌＳ ₂ からなる群の中から選ばれ、前記ＩＩ−ＩＶ−Ｖ族化合物半導体は、ＺｎＳｉＰ ₂ およびＺｎＧｅＰ ₂ からなる群の中から選ばれる、ＩＩＩ族窒化物半導体の形成方法を提供する。
【００１１】
本発明において、バッファ層がＧａＮ系窒化物半導体の層を含まない場合には、異なる格子定数を有する少なくとも２種の化合物半導体を交互に積層することによりバッファ層を形成することができる。また、バッファ層がＧａＮ系窒化物半導体の層とそれ以外の化合物半導体層をそれぞれ複数層含む場合には、シリコン基板に最も近い層を構成する化合物半導体からなる層の厚さを最上部に向って減少させ、ＧａＮ系窒化物半導体からなる層の厚さをバッファ層の最上部に向って増加させることによってバッファ層を形成することが好ましい。
【００１２】
また、本発明によれば、このように形成されたＩＩＩ族窒化物半導体層上に窒化物半導体発光構造を有する窒化物半導体発光素子が提供される。すなわち、本発明によれば、シリコン基板と、該シリコン基板上に設けられたバッファ層と、該バッファ層上に形成されたＩＩＩ族窒化物半導体層と、該ＩＩＩ族窒化物半導体層上に設けられた窒化物半導体発光構造を備え、該バッファ層は、それぞれシリコンと該ＩＩＩ族窒化物半導体との中間の格子定数を有するＩＩ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物半導体およびＩＩ−ＩＶ−Ｖ族化合物半導体、並びに窒化ガリウム系窒化物半導体の４種の化合物半導体のうちの少なくとも２種の化合物半導体が超格子構造を構成するように積層されてなり、該バッファ層のうち、該シリコン基板に最も近い化合物半導体層は、シリコンに最も近い格子定数を有する化合物半導体で形成され、該バッファ層の内最上層の化合物半導体層は、該ＩＩＩ族窒化物半導体に最も近い格子定数を有する化合物半導体で形成され、前記ＩＩ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物半導体は、ＺｎＩｎ ₂ Ｓ ₄ 、ＣｄＩｎ ₂ Ｓ ₂ Ｓｅ ₂ 、ＺｎＩｎ2Ｓｅ ₄ およびＣｄＩｎＧａＳ ₄ からなる群の中から選ばれ、前記Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物半導体は、ＣｕＧａＳ ₂ 、ＣｕＡｌＳ ₂ およびＣｕＧａＡｌＳ ₂ からなる群の中から選ばれ、前記ＩＩ−ＩＶ−Ｖ族化合物半導体は、ＺｎＳｉＰ ₂ およびＺｎＧｅＰ ₂ からなる群の中から選ばれることを特徴とする窒化物半導体発光素子が提供される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をより詳しく説明する。
【００１４】
本発明において、シリコン基板上にＩＩＩ族窒化物半導体を形成するに当り、まず、ＩＩ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、ＩＩ−ＩＶ−Ｖ族化合物半導体、および窒化ガリウム（ＧａＮ）系窒化物半導体から選ばれる少なくとも２種の化合物半導体を超格子構造を提供するように積層してバッファ層を形成する。
【００１５】
本発明で使用するＩＩ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、ＩＩ−ＩＶ−Ｖ族化合物半導体は、シリコンとバッファ層上に形成しようとするＩＩＩ族窒化物半導体との中間の格子定数を有するものであり、通常、窒素を含有しないものである。そのような化合物半導体には、ＩＩ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物半導体として、ＺｎＩｎ₂Ｓ₄、ＣｄＩｎ₂Ｓ₂Ｓｅ₂、ＺｎＩｎ2Ｓｅ₄、ＣｄＩｎＧａＳ₄ が含まれ、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物半導体として、ＣｕＧａＳ₂、ＣｕＡｌＳ₂、ＣｕＧａＡｌＳ₂ が含まれ、ＩＩ−ＩＶ−Ｖ族化合物半導体として、ＺｎＳｉＰ₂、ＺｎＧｅＰ₂ が含まれる。以下、これらを総称して、非窒化物化合物半導体ということがある。
【００１６】
また、本発明において、ＧａＮ系窒化物半導体とは、ガリウムと窒素を含有する窒化物半導体を意味し、ＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＮが含まれる。
【００１７】
これら化合物半導体の薄層は、各化合物半導体を構成する元素を用いた分子線エピタキシャル（ＭＢＥ）成長法、または各化合物半導体を構成する元素の有機金属化合物を材料として用いる有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により形成することができる。これらの成長方法は、それ自体周知の方法であり、ＭＢＥ法による場合には、約５００℃の成長温度で、ＭＯＣＶＤ法による場合には、約７５０℃の成長温度で、各化合物半導体層を形成することが好ましい。各化合物半導体層は、超格子構造を構成するために、それぞれ、２０ｎｍ以下の厚さに形成することが好ましい。
【００１８】
バッファ層を形成する際に、シリコン基板に最も近い化合物半導体層は、シリコンに最も近い格子定数を有する化合物半導体で形成し、バッファ層のうち最上層の化合物半導体層は、バッファ層上に形成しようとするＩＩＩ族窒化物半導体に最も近い格子定数を有する化合物半導体で形成する。
【００１９】
本発明において、バッファ層は、異なる格子定数を有する少なくとも２種の非窒化物化合物半導体を交互に積層することにより形成することができる。その場合、各非窒化物化合物半導体層の厚さは、実質的に等しいものとすることができる。
【００２０】
また、本発明において、バッファ層がＧａＮ系窒化物半導体の層とそれ以外の化合物半導体層をそれぞれ複数層含む場合には、シリコン基板に最も近い層を構成する化合物半導体からなる層の厚さを最上部に向って漸減させ、ＧａＮ系窒化物半導体からなる層の厚さをバッファ層の最上部に向って漸増させることによってバッファ層を形成することが好ましい。例えば、バッファ層を非窒化物化合物半導体とＧａＮ系窒化物半導体の２種類で形成する場合、両半導体を交互に積層し、その際シリコン基板に最も近い層を非窒化物化合物半導体で形成し、バッファ層の最上層をＧａＮ系窒化物半導体で形成するのであるが、非窒化物半導体で構成される半導体層をシリコン基板から最上層に向って厚さを漸減させ、反対に、ＧａＮ系窒化物半導体で形成される半導体層をシリコン基板から最上層に向って厚さを漸増させるように形成することが好ましい。
【００２１】
また、バッファ層をそれぞれ格子定数の異なる第１〜第３の非窒化物化合物半導体とＧａＮ系窒化物半導体の４種類で形成する場合、格子定数の大きさをＳｉ＞第１の非窒化物化合物半導体（Ａとする）＞第２の非窒化物化合物半導体（Ｂとする）＞第３の非窒化物化合物半導体（Ｃとする）＞ＩＩＩ族窒化物半導体（Ｄ）とすると、例えば、シリコン基板の上にＡＢＣＤの順に積層し、その積層構造を順次ＡＢＣＤ、ＡＢＣＤ…ＡＢＣＤのように形成するのであるが、Ａで構成される半導体層をシリコン基板から最上層に向って厚さを漸減させ、反対に、Ｄで構成される半導体層をシリコン基板から最上層に向って厚さを漸増させるように形成することが好ましい。その場合、Ｂで構成される半導体層はシリコン基板から最上層に向って厚さを漸減させるように形成することができ、Ｃで構成される半導体層はシリコン基板から最上層に向って厚さを漸増させるように形成することができる。
【００２２】
本発明により形成されるバッファ層は、１〜３μｍの厚さを有することができる。
【００２３】
このようにして、超格子構造のバッファ層を形成した後、ＩｎＧａＮやＩｎＧａＡｌＮのようなＩＩＩ族窒化物半導体層を形成する。ＩＩＩ族窒化物半導体は、それ自体周知のＭＯＣＶＤ法により、例えば５０〜１００μｍの厚さに成長させることができる。本発明によりシリコン基板上に形成されたバッファ層上には、結晶性の優れたＩＩＩ族窒化物半導体、より具体的には転位密度が１０⁵／ｃｍ²以下であるという結晶性の優れたＩＩＩ族窒化物半導体を成長させることができる。
【００２４】
このように本発明により形成されたＩＩＩ族窒化物半導体層は、結晶性に優れているので、その上に結晶欠陥の少ない窒化物半導体発光構造を形成させることができる。すなわち、このＩＩＩ族窒化物半導体層は、窒化物半導体発光構造を成長させるためのいわば基板として作用し得る。このＩＩＩ族窒化物半導体はｎ型とすることが好ましい。このＩＩＩ族窒化物半導体層上に形成する窒化物半導体発光素子構造は、それ自体周知のＩｎＧａＮを発光層（活性層）とするダブルヘテロ構造の発光素子（発光ダイオード、レーザダイオード）構造を含む。
【００２５】
次に、図面を参照して本発明をさらに説明する。全図にわたり、同様の要素には同様の符号が付されている。
【００２６】
図１は、本発明の一態様に従ってシリコン基板上に形成されたバッファ層とＩＩＩ族窒化物半導体層を示す概略断面図である。
【００２７】
図１に示すように、シリコン基板１１上に本発明によるバッファ層１２が形成され、バッファ層１２上にＩＩＩ族窒化物半導体層１３が形成される。バッファ層１２は、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族非窒化物化合物半導体例えばＣｕＧａＳ₂とＧａＮ系窒化物半導体例えばＩｎＧａＡｌＮとの２種の化合物半導体の交互積層構造を含む。図１において、ＣｕＧａＳ₂からなる半導体層を１２Ａｎ（ｎは、シリコン基板１１に近いものから数えてｎ番目の層を示す）で表し、ＩｎＧａＡｌＮからなる半導体層を１２Ｂｎ（ｎは、シリコン基板１１に近いものから数えてｎ番目の層を示す）で表すと、シリコン基板１１上に直接形成される半導体層は、層１２Ａ１により構成され、バッファ層１２の最上層を構成する半導体層は、層１２Ｂｎにより構成される。そして、層１２Ａ１〜１２Ａｎは、シリコン基板１１に最も近い層１２Ａ１から最上層に向って厚さが単純に減少している。すなわち、層１２Ａ１が最も厚く、層１２Ａｎが最も薄く形成されている。これとは逆に、層１２Ｂ１〜１２Ｂｎは、シリコン基板１１に最も近い層１２Ｂ１から最上層に向って厚さが単純に増加している。すなわち、層１２Ｂ１が最も薄く、層１２Ｂｎが最も厚く形成されている。このバッファ層１２は、約１μｍの厚さを有し得る。
【００２８】
バッファ層１２の上に、所望のＩＩＩ族窒化物半導体例えばＩｎＧａＡｌＮ層１３が形成される。
【００２９】
図１の構造において、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族非窒化物化合物半導体の代わりに、ＩＩ−ＩＩＩ−ＶＩ族非窒化物化合物半導体またはＩＩ−ＩＶ−Ｖ族非窒化物化合物半導体を用いることができる。
【００３０】
図２は、本発明の他の態様に従ってシリコン基板上に形成されたバッファ層とＩＩＩ族窒化物半導体層を示す概略断面図である。
【００３１】
図２に示すように、シリコン基板１１上に本発明によるバッファ層２２が形成され、バッファ層２２上にＩＩＩ族窒化物半導体層１３が形成される。バッファ層２２は、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族非窒化物化合物半導体例えばＣｕＧａＳ₂（格子定数：５．４Å）とＩＩ−ＩＩＩ−ＶＩ族非窒化物化合物半導体例えばＺｎＩｎ₂Ｓ₄（格子定数：３．８５Å）との２種の化合物半導体の交互積層構造を含む。図２において、ＣｕＧａＳ₂からなる半導体層を２２Ａｎ（ｎは、シリコン基板１１に近いものから数えてｎ番目の層を示す）で表し、ＺｎＩｎ₂Ｓ₄半導体層を２２Ｂｎ（ｎは、シリコン基板１１に近いものから数えてｎ番目の層を示す）で表すと、シリコン基板２１上に直接形成される半導体層は、層２２Ａ１により構成され、バッファ層２２の最上層を構成する半導体層は、層２２Ｂｎにより構成される。この場合、バッファ層２２を構成するすべての半導体層は、実質的に同じ厚さを有し得る。また、バッファ層２２は、約１μｍの厚さを有し得る。
【００３２】
バッファ層２２の上に、図１に関して説明したような所望のＩＩＩ族窒化物半導体例えばＩｎＧａＡｌＮ層１３が形成される。
【００３３】
図２の構造において、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族非窒化物化合物半導体の代わりに、ＩＩ−ＩＶ−Ｖ族非窒化物化合物半導体を用いることができる。
【００３４】
図３は、本発明のさらに他の態様に従ってシリコン基板上に形成されたバッファ層とＩＩＩ族窒化物半導体層を示す概略断面図である。
【００３５】
図３に示すように、シリコン基板１１上に本発明によるバッファ層３２が形成され、バッファ層３２上にＩＩＩ族窒化物半導体層１３が形成される。バッファ層３２は、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族非窒化物化合物半導体例えばＣｕＧａＳ₂（格子定数：５．４Å）とＩＩ−ＩＩＩ−ＶＩ族非窒化物化合物半導体例えばＣｄＩｎ₂Ｓ₂Ｓｅ₂（格子定数：４．０３Å）およびＺｎＩｎ₂Ｓ₄（格子定数：３．８５）とＧａＮ系窒化物半導体例えばＩｎＧａＮとの４種の化合物半導体の積層構造を含む。図３において、ＣｕＧａＳ₂からなる半導体層を３２Ａｎ（ｎは、シリコン基板１１に近いものから数えてｎ番目の層を示す）で表し、ＣｄＩｎ₂Ｓ₂Ｓｅ₂からなる半導体層を３２Ｂｎ（ｎは、シリコン基板１１に近いものから数えてｎ番目の層を示す）で表し、ＺｎＩｎ₂Ｓ₄からなる半導体層を３２Ｃｎ（ｎは、シリコン基板３１に近いものから数えてｎ番目の層を示す）で表し、ＩｎＧａＮからなる半導体層を３２Ｄｎ（ｎは、シリコン基板１１に近いものから数えてｎ番目の層を示す）で表すと、バッファ層３２は、シリコン基板１１上に直接形成された層３２Ａ１、その上に形成された層３２Ｂ１、その上に形成された層３２Ｃ１およびその上に形成された層３２Ｄ１からなる第１の積層構造およびこの第１の積層構造の上に順次形成された同様の積層構造を含み、最終的に層３２Ａｎ、その上に形成された層３２Ｂｎ、その上に形成された層３２Ｃｎおよびその上に形成された層３２Ｄｎからなる積層構造を含む。シリコン基板１１上に直接形成される半導体層は、層３２Ａ１により構成され、バッファ層３２の最上層を構成する半導体層は、層３２Ｄｎにより構成される。そして、層３２Ａ１〜３２Ａｎは、シリコン基板１１に最も近い層３２Ａ１から最上層に向って厚さが単純に減少している。すなわち、層３２Ａ１が最も厚く、層３２Ａｎが最も薄く形成されている。これとは逆に、層３２Ｄ１〜３２Ｄｎは、シリコン基板１１に最も近い層３２Ｄ１から最上層に向って厚さが単純に増加している。すなわち、層３２Ｄ１が最も薄く、層３２Ｄｎが最も厚く形成されている。また、層３２Ｂ１〜３２Ｂｎは、シリコン基板１１に最も近い層３２Ａ１から最上層に向って厚さを単純に減少させることができる。さらに、層３２Ｃ１〜３２Ｃｎは、シリコン基板３１に最も近い層３２Ｃ１から最上層に向って厚さを単純に増加させることができる。このバッファ層３２は、約３μｍの厚さを有し得る。
【００３６】
バッファ層３２の上に、図１に関して説明したような所望のＩＩＩ族窒化物半導体例えばＩｎＧａＡｌＮ層１３が形成される。
【００３７】
図４は、本発明により形成されたＩＩＩ族窒化物半導体層上に設けられた窒化物半導体発光構造を備える窒化物半導体レーザダイオード（ＬＤ）の基本構造を示す概略断面図である。
【００３８】
図４に示すＬＤ素子は、シリコン基板１１上に本発明により形成されたバッファ層４２を介して形成されたｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体層１３を備える。バッファ層は、上記バッファ層１２、２２または３２であり得る。
【００３９】
ＩＩＩ族窒化物半導体層１３上には、窒化物半導体レーザダイオード構造が設けられている。窒化物半導体レーザダイオード構造は、基本的に、ＩＩＩ族窒化物半導体層１３上に形成されたｎ型窒化物半導体からなるｎ型クラッド層４４、ＩｎＧａＮを含む活性層４５、およびｐ型窒化物半導体からなるｐ型クラッド層４６を含む。
【００４０】
【実施例】
以下本発明を実施例により説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
【００４１】
実施例１
ＣｕＧａＳ₂とＩｎＧａＡｌＮとの２種の化合物半導体を通常のＭＯＣＶＤ法により交互に積層して図１に示す構造のバッファ層１２を形成した。そのとき、ＣｕＧａＳ₂層の厚さは、シリコン基板に最も近いもので１２ｎｍ、最も上のもので、１ｎｍとなるように、シリコン基板から離れるにつれ漸減させた。他方、ＩｎＧａＡｌＮ層の厚さは、シリコン基板に最も近いもので１ｎｍ、最上層で１２ｎｍとなるようにシリコン基板から離れるにつれ漸増させた。得られたバッファ層の厚さは、約１μｍであった。このバッファ層の上に通常のＭＯＣＶＤ法によりＩｎＧａＡｌＮ層を５０μｍの厚さに成長させた。得られたＩｎＧａＡｌＮ層の転位密度をＴＥＭ観察により測定したところ、１０⁵／ｃｍ²以下であることが確認された。
【００４２】
実施例２
ＣｕＧａＳ₂とＺｎＩｎ₂Ｓ₄との２種の化合物半導体を通常のＭＯＣＶＤにより、それぞれ厚さを５ｎｍとして交互に積層して図２に示す構造のバッファ層２２を形成した。得られたバッファ層の厚さは１μｍであった。このバッファ層の上に通常のＭＯＣＶＤ法によりＩｎＧａＡｌＮ層を５０μｍの厚さに成長させた。得られたＩｎＧａＡｌＮ層の転位密度をＴＥＭ観察により測定したところ、１０⁵／ｃｍ²以下であることが確認された。
【００４３】
実施例３
ＣｕＧａＳ₂とＣｄＩｎ₂Ｓ₂Ｓｅ₂とＺｎＩｎ₂Ｓ₄とＩｎＧａＮとの４種の化合物半導体を通常のＭＯＣＶＤにより積層させて図３に示す構造のバッファ層３２を形成した。それぞれ第１層目のＣｕＧａＳ₂層、ＣｄＩｎ₂Ｓ₂Ｓｅ₂層、ＺｎＩｎ₂Ｓ₄層およびＩｎＧａＮ層の厚さをそれぞれ２０ｎｍ、１０ｎｍ、５ｎｍおよび２ｎｍとし、最終層のＣｕＧａＳ₂層、ＣｄＩｎ₂Ｓ₂Ｓｅ₂層、ＺｎＩｎ₂Ｓ₄層およびＩｎＧａＮ層の厚さをそれぞれ２ｎｍ、５ｎｍ、１０ｎｍおよび２０ｎｍとなるように、それぞれの厚さを漸減、漸増させた。得られたバッファ層の厚さは３μｍであった。このバッファ層の上に通常のＭＯＣＶＤ法によりＩｎＧａＡｌＮ層を５０μｍの厚さに成長させた。得られたＩｎＧａＡｌＮ層の転位密度をＴＥＭ観察により測定したところ、１０⁵／ｃｍ²以下であることが確認された。
【００４４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、シリコン基板上に結晶性の優れたＩＩＩ族窒化物半導体を形成することができ、その上に良好な品質の窒化物半導体発光構造を設けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一態様に従ってシリコン基板上に形成されたバッファ層とＩＩＩ族窒化物半導体層を示す概略断面図。
【図２】本発明の他の態様に従ってシリコン基板上に形成されたバッファ層とＩＩＩ族窒化物半導体層を示す概略断面図。
【図３】本発明のさらに他の態様に従ってシリコン基板上に形成されたバッファ層とＩＩＩ族窒化物半導体層を示す概略断面図。
【図４】本発明に係る窒化物半導体発光素子の基本構造の一例を示す概略断面図。
【符号の説明】
１１…シリコン基板
１２，２２，３２，４２…バッファ層
１３…ＩＩＩ族窒化物半導体層
４４…ｎ型クラッド層
４５…活性層
４６…ｐ型クラッド層

Claims

それぞれシリコンとバッファ層上に形成しようとするＩＩＩ族窒化物半導体との中間の格子定数を有するＩＩ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物半導体およびＩＩ−ＩＶ−Ｖ族化合物半導体、並びに窒化ガリウム系窒化物半導体の４種の化合物半導体のうちの少なくとも２種の化合物半導体を超格子構造を構成するように積層してバッファ層を形成する工程であって、シリコン基板に最も近い化合物半導体層は、シリコンに最も近い格子定数を有する化合物半導体で形成し、バッファ層の内最上層の化合物半導体層は、前記ＩＩＩ族窒化物半導体に最も近い格子定数を有する化合物半導体で形成するところの工程、および前記バッファ層上に前記ＩＩＩ族窒化物半導体層を形成する工程を包含し、前記ＩＩ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物半導体は、ＺｎＩｎ ₂ Ｓ ₄ 、ＣｄＩｎ ₂ Ｓ ₂ Ｓｅ ₂ 、ＺｎＩｎ2Ｓｅ ₄ およびＣｄＩｎＧａＳ ₄ からなる群の中から選ばれ、前記Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物半導体は、ＣｕＧａＳ ₂ 、ＣｕＡｌＳ ₂ およびＣｕＧａＡｌＳ ₂ からなる群の中から選ばれ、前記ＩＩ−ＩＶ−Ｖ族化合物半導体は、ＺｎＳｉＰ ₂ およびＺｎＧｅＰ ₂ からなる群の中から選ばれる、ＩＩＩ族窒化物半導体の形成方法。
シリコン基板と、該シリコン基板上に設けられたバッファ層と、該バッファ層上に形成されたＩＩＩ族窒化物半導体層と、該ＩＩＩ族窒化物半導体層上に設けられた窒化物半導体発光構造を備え、該バッファ層は、それぞれシリコンと該ＩＩＩ族窒化物半導体との中間の格子定数を有するＩＩ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物半導体およびＩＩ−ＩＶ−Ｖ族化合物半導体、並びに窒化ガリウム系窒化物半導体の４種の化合物半導体のうちの少なくとも２種の化合物半導体が超格子構造を構成するように積層されてなり、該バッファ層のうち、該シリコン基板に最も近い化合物半導体層は、シリコンに最も近い格子定数を有する化合物半導体で形成され、該バッファ層の内最上層の化合物半導体層は、該ＩＩＩ族窒化物半導体に最も近い格子定数を有する化合物半導体で形成され、前記ＩＩ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物半導体は、ＺｎＩｎ ₂ Ｓ ₄ 、ＣｄＩｎ ₂ Ｓ ₂ Ｓｅ ₂ 、ＺｎＩｎ2Ｓｅ ₄ およびＣｄＩｎＧａＳ ₄ からなる群の中から選ばれ、前記Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族化合物半導体は、ＣｕＧａＳ ₂ 、ＣｕＡｌＳ ₂ およびＣｕＧａＡｌＳ ₂ からなる群の中から選ばれ、前記ＩＩ−ＩＶ−Ｖ族化合物半導体は、ＺｎＳｉＰ ₂ およびＺｎＧｅＰ ₂ からなる群の中から選ばれることを特徴とする窒化物半導体発光素子。