JP5489117B2 - 窒化物半導体素子、窒化物半導体素子の製造方法、窒化物半導体層の製造方法および窒化物半導体発光素子 - Google Patents
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Description
図1に、本発明の窒化物半導体素子の一例である実施の形態1の窒化物半導体発光ダイオード素子の模式的な断面図を示す。
(a)斜めファセット5aの形成により転位の伝播方向を曲げることができるとともに、第1の窒化物半導体層5単体の半値幅が大きくかつ第1の窒化物半導体層5を構成する結晶粒のサイズが大きいために核形成に適した特性。
(b)第2の窒化物半導体層6単体の半値幅が小さいために核形成後の層に適した特性。
本実施の形態においては、窒化物半導体バッファ層2をMOCVD法ではなくスパッタ法により積層することを特徴としている。
本実施の形態においては、窒化物半導体発光ダイオード素子ではなく、窒化物半導体レーザ素子を作製した点に特徴がある。
本実施の形態においては、窒化物半導体発光ダイオード素子や窒化物半導体レーザ素子などの発光デバイスではなく、電子デバイスの一例である窒化物半導体トランジスタ素子を作製した点に特徴がある。
本実施の形態においては、表面に凹凸構造を有する基板を用い、その表面上に窒化物半導体層を積層して窒化物半導体発光ダイオード素子を作製している点に特徴がある。
まず、DC−continuous方式により電圧を印加して行なわれるDCマグネトロンスパッタ装置の反応炉の内部に図18の模式的断面図に示すサファイア基板101を設置し、サファイア基板101を750℃の温度に加熱した。
まず、実施例1と同様にして、サファイア基板101の表面上に、AlNバッファ層102、GaN層103およびSiN層104をこの順序でMOCVD法により積層した。
まず、実施例1と同様にして、サファイア基板101の表面上に、AlNバッファ層102、GaN層103、SiN層104および第1の窒化物半導体層としてのGaN層105をこの順序でMOCVD法により積層した。
実施例1、比較例1および比較例2のそれぞれのn型GaN層107の(0004)面および(10−12)面における半値幅を比較すると、第1の窒化物半導体層と第2の窒化物半導体層との積層構造を下地とした実施例1のn型GaN層107の上記結晶面における半値幅は、第2の窒化物半導体層のみを下地とした比較例1および第1の窒化物半導体層のみを下地とした比較例2のそれぞれのn型GaN層107の上記結晶面における半値幅よりも狭くなっていることがわかる。
実施例1のn型GaN層107を積層した後のサファイア基板101を再度MOCVD装置の反応炉の内部に設置する。
とが意図される。
Claims (29)
- 基板と、
前記基板上に設けられたAl x1 Ga 1-x1 N(0<x1≦1)の式で表される窒化物半導体からなる窒化物半導体バッファ層と、
前記窒化物半導体バッファ層上に設けられた開口部を有する厚さ10nm以下の窒化珪素層と、
前記窒化珪素層上に設けられた第1の窒化物半導体層と、
前記第1の窒化物半導体層上に設けられた第2の窒化物半導体層と、を含み、
前記第1の窒化物半導体層の少なくとも一部が前記窒化珪素層の表面に対して傾いた表面を有する、窒化物半導体素子。 - 前記窒化珪素層の表面に対して前記第1の窒化物半導体層の傾いた表面が為す角度は45°以上65°以下であることを特徴とする、請求項1に記載の窒化物半導体素子。
- 前記窒化珪素層と前記第1の窒化物半導体層とは接触していることを特徴とする、請求項1または2に記載の窒化物半導体素子。
- 前記第1の窒化物半導体層と前記第2の窒化物半導体層とは接触してい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窒化物半導体素子。
- 前記窒化物半導体バッファ層上に設けられた窒化物半導体下地層をさらに含み、
前記窒化物半導体下地層上に前記窒化珪素層が設けられている、請求項1から4のいずれかに記載の窒化物半導体素子。 - 基板上にAl x1 Ga 1-x1 N(0<x1≦1)の式で表される窒化物半導体からなる窒化物半導体バッファ層を形成する工程と、
前記窒化物半導体バッファ層上に開口部を有する厚さ10nm以下の窒化珪素層を形成する工程と、
前記窒化珪素層上に前記窒化珪素層の表面に対して傾いた表面を有する第1の窒化物半導体層を形成する工程と、
前記第1の窒化物半導体層上に前記窒化珪素層の表面に対して傾いた表面の間の空隙を埋めるようにして第2の窒化物半導体層を形成する工程と、
を含む、窒化物半導体素子の製造方法。 - 前記第2の窒化物半導体層の形成時に供給されるIII族元素に対するV族元素のモル比は、前記第1の窒化物半導体層の形成時に供給されるIII族元素に対するV族元素のモル比よりも大きいことを特徴とする、請求項6に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
- 前記第1の窒化物半導体層の形成時に供給されるIII族元素に対するV族元素のモル比が1000未満であることを特徴とする、請求項6または7に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
- 前記第2の窒化物半導体層の形成時に供給されるIII族元素に対するV族元素のモル比が1000以上であることを特徴とする、請求項6から8のいずれかに記載の窒化物半導体素子の製造方法。
- 前記第1の窒化物半導体層の形成時における前記基板の温度は、前記第2の窒化物半導体層の形成時における前記基板の温度よりも低いことを特徴とする、請求項6から9のいずれかに記載の窒化物半導体素子の製造方法。
- 前記第1の窒化物半導体層は窒素ガスを含むガスの供給により形成されることを特徴とする、請求項6から10のいずれかに記載の窒化物半導体素子の製造方法。
- 前記第1の窒化物半導体層は6.7×104Pa以上の圧力雰囲気で形成されることを特徴とする、請求項6から11のいずれかに記載の窒化物半導体素子の製造方法。
- 前記第1の窒化物半導体層は前記窒化珪素層の表面に対して前記第1の窒化物半導体層の傾いた表面が為す角度が45°以上65°以下となるように形成されることを特徴とする、請求項6から12のいずれかに記載の窒化物半導体素子の製造方法。
- 前記窒化珪素層は窒素ガスを含むガスの供給により形成されることを特徴とする、請求項6から13のいずれかに記載の窒化物半導体素子の製造方法。
- 基板上にAlx1Ga1-x1N(0<x1≦1)の式で表される窒化物半導体からなる窒化物半導体層である窒化物半導体バッファ層を形成する工程と、
前記窒化物半導体バッファ層上に窒化物半導体下地層を形成する工程と、
前記窒化物半導体下地層上に開口部を有する厚さ10nm以下の窒化珪素層を形成する工程と、
前記窒化珪素層上に前記窒化珪素層の表面に対して傾いた表面を有する第1の窒化物半導体層を形成する工程と、
前記第1の窒化物半導体層上に前記窒化珪素層の表面に対して傾いた表面の間の空隙を埋めるようにして第2の窒化物半導体層を形成する工程と、
を含む、窒化物半導体素子の製造方法。 - 基板上にAl x1 Ga 1-x1 N(0<x1≦1)の式で表される窒化物半導体からなる窒化物半導体層である窒化物半導体バッファ層を形成する工程と、
前記窒化物半導体バッファ層上に開口部を有する厚さ10nm以下の窒化珪素層を形成する工程と、
前記窒化珪素層上に前記窒化珪素層の表面に対して傾いた表面を有する第1の窒化物半導体層を形成する工程と、
前記第1の窒化物半導体層上に前記窒化珪素層の表面に対して傾いた表面の間の空隙を埋めるようにして第2の窒化物半導体層を形成する工程と、
を含む、窒化物半導体層の製造方法。 - 基板上にAlx1Ga1-x1N(0<x1≦1)の式で表される窒化物半導体からなる窒化物半導体層である窒化物半導体バッファ層を形成する工程と、
前記窒化物半導体バッファ層上に窒化物半導体下地層を形成する工程と、
前記窒化物半導体下地層上に開口部を有する厚さ10nm以下の窒化珪素層を形成する工程と、
前記窒化珪素層上に前記窒化珪素層の表面に対して傾いた表面を有する第1の窒化物半導体層を形成する工程と、
前記第1の窒化物半導体層上に前記窒化珪素層の表面に対して傾いた表面の間の空隙を埋めるようにして第2の窒化物半導体層を形成する工程と、
を含む、窒化物半導体層の製造方法。 - 基板と、
前記基板上に設けられたAl x1 Ga 1-x1 N(0<x1≦1)の式で表される窒化物半導体からなる窒化物半導体層である窒化物半導体バッファ層と、
前記窒化物半導体バッファ層上に設けられた開口部を有する厚さ10nm以下の窒化珪素層と、
前記窒化珪素層上に設けられた第1の窒化物半導体層と、
前記第1の窒化物半導体層上に設けられた第2の窒化物半導体層と、
前記第2の窒化物半導体層上に設けられた第1導電型窒化物半導体層と、
前記第1導電型窒化物半導体層上に設けられた窒化物半導体活性層と、
前記窒化物半導体活性層上に設けられた第2導電型窒化物半導体層と、を少なくとも備え、
前記第1の窒化物半導体層の少なくとも一部が前記窒化珪素層の表面に対して傾いた表面を有する、窒化物半導体発光素子。 - 前記第2の窒化物半導体層はマグネシウムおよび亜鉛の少なくとも一方からなる表面活性元素を含むことを特徴とする、請求項18に記載の窒化物半導体発光素子。
- 前記表面活性元素の原子濃度は1×1017/cm3以上1×1020/cm3以下であることを特徴とする、請求項19に記載の窒化物半導体発光素子。
- 基板と、
前記基板上に設けられたAl x1 Ga 1-x1 N(0<x1≦1)の式で表される窒化物半導体からなる窒化物半導体層である窒化物半導体バッファ層と、
前記窒化物半導体バッファ層上に設けられた開口部を有する厚さ10nm以下の窒化珪素層と、
前記窒化珪素層上に設けられた第1の窒化物半導体層と、
前記第1の窒化物半導体層上に設けられた第1導電型窒化物半導体層と、
前記第1導電型窒化物半導体層上に設けられた窒化物半導体活性層と、
前記窒化物半導体活性層上に設けられた第2導電型窒化物半導体層と、を少なくとも備え、
前記第1の窒化物半導体層の少なくとも一部が前記窒化珪素層の表面に対して傾いた表面を有する、窒化物半導体発光素子。 - 前記基板は、前記窒化物半導体バッファ層が設けられる表面に凹凸構造を有していることを特徴とする、請求項21に記載の窒化物半導体発光素子。
- 表面に凹凸構造を有する基板と、
前記基板の前記凹凸構造を有する前記表面上に設けられたAl x1 Ga 1-x1 N(0<x1≦1)の式で表される窒化物半導体からなる窒化物半導体層である窒化物半導体バッファ層と、
前記窒化物半導体バッファ層上に設けられた開口部を有する厚さ10nm以下の窒化珪素層と、
前記窒化珪素層上に設けられた第1の窒化物半導体層と、
前記第1の窒化物半導体層上に設けられた第2の窒化物半導体層と、
前記第2の窒化物半導体層上に設けられた第1導電型窒化物半導体層と、
前記第1導電型窒化物半導体層上に設けられた窒化物半導体活性層と、
前記窒化物半導体活性層上に設けられた第2導電型窒化物半導体層と、を少なくとも備え、
前記窒化珪素層の少なくとも一部の表面が前記基板の前記表面の前記凹凸構造の凸部の上面よりも低く位置している、窒化物半導体発光素子。 - 前記第2の窒化物半導体層はマグネシウムおよび亜鉛の少なくとも一方からなる表面活性元素を含むことを特徴とする、請求項23に記載の窒化物半導体発光素子。
- 前記表面活性元素の原子濃度は1×1017/cm3以上1×1020/cm3以下であることを特徴とする、請求項24に記載の窒化物半導体発光素子。
- 表面に凹凸構造を有する基板と、
前記基板の前記凹凸構造を有する前記表面上に設けられたAl x1 Ga 1-x1 N(0<x1≦1)の式で表される窒化物半導体からなる窒化物半導体層である窒化物半導体バッファ層と、
前記窒化物半導体バッファ層上に設けられた開口部を有する厚さ10nm以下の窒化珪素層と、
前記窒化珪素層上に設けられた第1の窒化物半導体層と、
前記第1の窒化物半導体層上に設けられた第1導電型窒化物半導体層と、
前記第1導電型窒化物半導体層上に設けられた窒化物半導体活性層と、
前記窒化物半導体活性層上に設けられた第2導電型窒化物半導体層と、を少なくとも備え、
前記窒化珪素層の少なくとも一部の表面が前記基板の前記表面の前記凹凸構造の凸部の上面よりも低く位置している、窒化物半導体発光素子。 - 前記窒化物半導体バッファ層上に設けられた窒化物半導体下地層をさらに含むことを特徴とする、請求項18から26のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
- 前記基板の表面の結晶方位が<0001>方向に対して<11−20>方向または<1−100>方向に傾斜していることを特徴とする、請求項18から27のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
- 前記傾斜の角度が0.05°以上2°以下であることを特徴とする、請求項28に記載の窒化物半導体発光素子。
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