JPH07235692A - Compound semiconductor device and forming method thereof - Google Patents

Compound semiconductor device and forming method thereof

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JPH07235692A
JPH07235692A JP17360294A JP17360294A JPH07235692A JP H07235692 A JPH07235692 A JP H07235692A JP 17360294 A JP17360294 A JP 17360294A JP 17360294 A JP17360294 A JP 17360294A JP H07235692 A JPH07235692 A JP H07235692A
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JP
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Patent type
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layer
compound semiconductor
substrate
buffer layer
forming
Prior art date
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Pending
Application number
JP17360294A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Junichi Sato
淳一 佐藤
Original Assignee
Sony Corp
ソニー株式会社
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Abstract

PURPOSE: To form a compound semiconductor layer having excellent flatness and crystallinity on a base body without damaging inter-lattice matching to the base body by forming a plurality of layers of buffer layers between the base body and the compound semiconductor layer the composition of which is expressed by In1-x-yGaxAlyN (0≤x≤1, 0≤x+y≤1).
CONSTITUTION: Two buffer layers 11, 12 are formed between a sapphire substrate 2 and a gallium nitride film 13, and lattic constants are changed approximately continuously, thus growing the gallium nitride film 13 having a crystallinity better than the gallium nitride film is formed directly on the sapphire substrate 2. Even when the lattice constants differ in some degree, the difference of the lattice constants is relaxed by an AlN layer forming the buffer layer 11 of a first layer, and the effect is weak. Even when the film thickness of the AlN layer forming the buffer layer 11 of the first layer is to some extent varied, a GaAlN film as the buffer layer 12 of a second layer is formed on the buffer layer 11 of the first layer, and possibility that crystallinity is affected by the fluctuation of film thickness is diminished.
COPYRIGHT: (C)1995,JPO

Description

【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【目次】以下の順序で本発明を説明する。 [Contents] The present invention will be described in the following order. 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段(図2) 作用 実施例(図1及び図2) (1)第1の実施例(図1及び図2) (2)第2の実施例 (3)第3の実施例 (4)第4の実施例(図3) (5)他の実施例 発明の効果 Means for Solving the Problems problem FIELD prior art invention of the industry to be Solved (Figure 2) acts embodiment (FIG. 1 and FIG. 2) (1) First Embodiment (FIGS. 1 and 2 ) (2) second embodiment (3) third embodiment (4) fourth embodiment (FIG. 3) (5) effect of other embodiments iNVENTION

【0002】 [0002]

【産業上の利用分野】本発明は化合物半導体装置及びその形成方法に関し、例えばサフアイア基板上にガリウム窒素系化合物半導体層を有する化合物半導体装置及びその形成方法に適用して好適なものである。 BACKGROUND OF THE INVENTION This invention relates to a compound semiconductor device and method of forming, and is preferably applied to a compound semiconductor device and method of forming a gallium nitrogen-based compound semiconductor layer, for example Safuaia substrate.

【0003】 [0003]

【従来の技術】今日、ガリウム窒素系半導体を用いた青色発光デバイス(例えばGa x Al 1-x N(ただし1≦ Nowadays, blue light emitting devices using gallium nitride-based semiconductor (e.g. Ga x Al 1-x N (provided that 1 ≦
X≦0)を用いた青色発光デバイス)の開発が盛んである。 Development of a blue light emitting device) using X ≦ 0) is active. この種の III族窒化物半導体は大面積でのバルク結晶が成長できないため、従来はサフアイア基板上に、有機金属化合物気相成長法(以下MOCVD(metal orga Since the group III nitride semiconductor of this type bulk crystal in a large area can not grow, prior to Safuaia substrate, metal organic vapor phase epitaxy (hereinafter MOCVD (metal orga
nic chemical vapor deposition 法という)が多く用いられている。 nic that the chemical vapor deposition method) has been widely used.

【0004】この方法は簡単に述べれば、反応容器内に載置された基板(例えばサフアイア基板)の表面に反応ガス(有機金属化合物ガス)を導入し、約 900〜1000 [0004] Stated This method simply, introducing a reactive gas (organometallic compound gas) on the surface of a substrate placed in a reaction vessel (e.g. Safuaia substrate), approximately 900-1000
〔℃〕に加熱された基板上に化合物半導体の結晶をエピタキシヤル成長させる方法である。 [℃] a method for epitaxial growth of a compound semiconductor crystal on a heated substrate to. 例えば基板上にガリウム窒素の結晶をエピタキシヤル成長させる場合、反応ガスとして III族ガスのトリメチルガリウムとV族ガスのアンモニアガスとが用いられる。 For example, if for epitaxial growth of crystals of gallium nitride on a substrate, and ammonia gas trimethylgallium and group V gas of the group III gas is used as the reaction gas.

【0005】ところでサフアイア基板とこの種の III族窒化物半導体との間には一般に11〜23〔%〕の格子不整合と〜2×10 -6 〔deg-1 〕の熱膨張係数差がある。 In general there is a difference between the thermal expansion coefficients of 11 to 23 [%] lattice mismatch and to 2 × 10 -6 in [deg-1] between [0005] the Safuaia substrate and the kind of group III nitride semiconductor . このため不整合転位や熱歪が生じ易く、 III族窒化物半導体の結晶性や電気的光学的な性質を向上させる上で障害となつていた。 Therefore liable mismatch dislocations and thermal strain had failures and summer in order to improve the crystallinity and electrical and optical properties of Group III nitride semiconductor.

【0006】またサフアイア基板とこれら III族窒化物との間には化学的性質の違いがあるためこれら化合物半導体を基板上に直接エピタキシヤル成長させると顕著な三次元成長を起こし易い。 [0006] likely these compound semiconductors due to differences in chemical properties cause significant three-dimensional growth when the direct epitaxial growth on the substrate between the Safuaia substrate with these Group III nitride. このため成長層の表面を平坦化させ、結晶性を向上させるのが難しいという問題があつた。 Therefore to planarize the surface of the growth layer, there has been a problem that it is difficult to improve the crystallinity. これらの結果、サフアイア基板上に成長させた発光素子の発光効率や素子寿命が悪いという問題があつた。 These results, a problem that emission efficiency and device life of the light-emitting element grown Safuaia substrate is poor has been made.

【0007】この課題を解決するため、特開平2-229476 [0007] In order to solve this problem, JP-A-2-229476
号公報、特開平 5-41541号公報、及び文献(Appl.Phy JP, Hei 5-41541 and JP literature (Appl.Phy
s. Lett.48,p.353,(1986))には III族化合物半導体の結晶成長に先立つて、サフアイア基板上にアルミニウム窒素(以下AlNと記す)をバツフア層として成長させることが開示されている。 s. Lett.48, p.353, (1986)) To be prior to III group compound semiconductor crystal growth, referred to as aluminum nitrogen (hereinafter AlN in Safuaia substrate) and it is disclosed that grow as buffer layer there. このときの成膜条件は 400〜 Film forming conditions at this time is 400
900〔℃〕の温度条件下であり、バツフア層は10〜50〔n A temperature of 900 [℃], the buffer layer 10 to 50 [n
m〕の膜厚に成長される。 It is grown to a thickness of m]. また特開平4-297023号公報には同じくバツフア層としてGa x Al 1-x N(以下、G The Ga x Al 1-x N (hereinafter as also buffer layer in JP-A-4-297023, G
aAlNと記す)を用いることが開示されている。 The use of the referred to AALN) is disclosed.

【0008】 [0008]

【発明が解決しようとする課題】ところがこれら従来の技術によつて形成された発光デバイスは結晶性が未だ十分でなく、さらなる結晶性の改善が望まれている。 [SUMMARY OF THE INVENTION However light emitting devices had it occurred formed in these prior art crystalline is not yet sufficient, further improvement in crystallinity is desired. 例えばAlNをバツフア層として用いる場合、膜厚がかなり薄いためバツフア層を基板上全面に均一に形成するのが困難であるといつた問題があつた。 For example, in the case of using AlN as the buffer layer, the film thickness is a problem has been made when was to be fairly thin because difficult to uniformly form the buffer layer on the whole surface of the substrate. またガリウム窒素(以下GaNと記す)の融点である1100〔℃〕に比べるとバツフア層を形成するAlNの融点は1700〔℃〕と高い。 The AlN melting point to form a buffer layer as compared to 1100 [℃] is the melting point of gallium nitride (hereinafter referred to as GaN) is as high as 1700 [℃]. このためGaNを結晶成長させるために温度を上げている間におけるバツフア層の結晶成長は十分でなく、 Crystal growth of the buffer layer in while raising the temperature of this order GaN for crystal growth is not sufficient,
その上に成長させたGaNの結晶性もまた同様に不十分であつた。 Crystalline GaN grown thereon also been made similarly inadequate.

【0009】これに対してGaAlNをバツフア層として用いる場合、下地基板となるサフアイア基板の格子定数とGaAlNの格子定数が多少異なるため比較的厚いバツフア層を形成しなければ結晶性の良好なGaNが得られないという問題があつた。 [0009] When using a GaAlN as buffer layer contrary, good GaN crystalline unless lattice constant between the GaAlN of Safuaia substrate serving as a base substrate to form a slightly different for relatively thick buffer layer not be obtained has been made. その上、バツフア層を厚く形成するために工程時間が長くなるという問題があつた。 Moreover, there has been a problem that the process time to form a thick buffer layer becomes longer.

【0010】本発明は以上の点を考慮してなされたもので、バツフア層上に形成される化合物半導体の平坦性及び結晶性を従来に比して一段と向上させることができる化合物半導体装置及びこの形成方法を提案しようとするものである。 [0010] The present invention has been made in view of the above, the compound semiconductor device and this can be further improved as compared with the prior art flatness and crystallinity of the compound semiconductor formed on the buffer layer forming method is intended to propose.

【0011】 [0011]

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するため本発明においては、基体(2)上に一般式がIn In the present invention for solving the SUMMARY OF THE INVENTION The above problems, the general formula on the substrate (2) an In
1-xy Ga x Al y N(0≦x≦1、0≦x+y≦1) 1-xy Ga x Al y N (0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ x + y ≦ 1)
で表される化合物半導体層(13)を有する化合物半導体装置において、基体(2)と化合物半導体層(13) A compound represented by the semiconductor layer in the compound semiconductor device having a (13), the base body (2) and the compound semiconductor layer (13)
との間に複数層のバツフア層(11)、(12)を有するようにする。 Multiple layers buffer layer between the (11), to have a (12).

【0012】また本発明においては、基体(2)上に一般式がIn 1-xy Ga x Al y N(0≦x≦1、0≦x [0012] In the present invention, the formula on the substrate (2) is In 1-xy Ga x Al y N (0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ x
+y≦1)で表される化合物半導体層(13)を有する化合物半導体装置において、基体表面に形成された窒化層(15)と化合物半導体層(13)との間に複数層のバツフア層(11)、(12)を有するようにする。 In + y ≦ 1) compound semiconductor device having a compound semiconductor layer (13) represented by the buffer layer of the multiple layers between the nitride layer formed on the substrate surface (15) and the compound semiconductor layer (13) (11 ), to have a (12).

【0013】基体(2)上に一般式がIn 1-xy Ga x [0013] formula on the substrate (2) is In 1-xy Ga x
Al y N(0≦x≦1、0≦x+y≦1)で表される化合物半導体層(13)を有する化合物半導体装置の形成方法において、基体表面に複数層のバツフア層(1 In Al y N (0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ x + y ≦ 1) method for forming a compound semiconductor layer represented by (13) a compound semiconductor device having the buffer layer of the multiple layers on the substrate surface (1
1)、(12)を形成した後、化合物半導体層(13) 1), after forming a (12), compound semiconductor layer (13)
を形成するようにする。 So as to form a.

【0014】 [0014]

【作用】基体(2)と一般式がIn 1-xy Ga x Al y [Action] with the substrate (2) is the general formula In 1-xy Ga x Al y
N(0≦x≦1、0≦x+y≦1)で表される化合物半導体層(13)との間に複数層のバツフア層(11)、 Multiple layers buffer layer between the N (0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ x + y ≦ 1) compound semiconductor layer represented by (13) (11),
(12)を設けることにより、基体(2)に対する格子間整合性を損なうことなく化合物半導体層(13)を形成することができる。 (12) By providing, it is possible to form the base compound semiconductor layer without compromising interstitial Integrity for (2) (13). これにより平坦性及び結晶性に優れた化合物半導体層(13)を基体(12)上に形成することができる。 Accordingly flatness and excellent crystallinity compound semiconductor layer (13) may be formed on the substrate (12).

【0015】また基体表面に窒化層(15)を形成してから1層目のバツフア層(11)を形成するようにしたことにより、1層目のバツフア層(11)の平坦性及び結晶性を一段と向上させることができる。 [0015] By having so as to form a buffer layer (11) after forming nitride layer (15) of the first layer on the substrate surface, the flatness and crystallinity of the first layer of buffer layer (11) it can further improve. これにより2 This 2
層目のバツフア層についても平坦性及び結晶性が向上し、最上層に形成される一般式がIn 1-xy Ga x Al Also improves flatness and crystallinity for layer th buffer layer, that the compound of general formula formed as an uppermost layer In 1-xy Ga x Al
y N(0≦x≦1、0≦x+y≦1)で表される化合物半導体層(13)についても平坦性及び結晶性を一段と向上させることができる。 y N (0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ x + y ≦ 1) can further improve the flatness and crystallinity also compound semiconductor layer represented by (13).

【0016】 [0016]

【実施例】以下図面について、本発明の一実施例を詳述する。 For EXAMPLES be described with reference to the accompanying drawings an embodiment of the present invention.

【0017】(1)第1の実施例 図1において、1は全体として化合物半導体の成膜に用いられる反応装置を示している。 [0017] In (1) First Embodiment FIG. 1, 1 indicates a reactor for use in deposition of the compound semiconductor as a whole. 反応装置1は次の手順によつてサフアイア基板2上に化合物半導体を成長させる。 Reactor 1 growing a compound semiconductor on Yotsute Safuaia substrate 2 to the next step. まず十分に洗浄したサフアイア基板2を反応室3内に設けられたサセプタ4上に載置する。 The Safuaia substrate 2 is first washed thoroughly and placed on a susceptor 4 provided in the reaction chamber 3.

【0018】その後、反応室3内を十分排気し、内部を水素ガスH 2で置換する。 [0018] Thereafter, the reaction chamber 3 was sufficiently evacuated to replace the internal hydrogen gas H 2. この工程時における図が図2 FIG during this step 2
(A)である。 It is (A). 続いて以下の条件で基板2を加熱し、基板表面に形成されている酸化膜を除去する。 Followed by heating the substrate 2 under the following conditions to remove the oxide film formed on the substrate surface. これは常圧、1050〔℃〕の条件下、水素ガスを1〔 litre/分〕 This normal pressure, 1050 under the conditions of [℃] 1 hydrogen gas [liter / min]
の割合で10〔分〕流すことにより行なわれる。 It carried out by a ratio of flow 10 (minutes).

【0019】このとき水素ガスはガスノズル6及び7から導入される。 [0019] Hydrogen gas at this time is introduced from the gas nozzle 6 and 7. ガスノズル6はサフアイア基板2の表面全体を覆うように配置されており、基板全面にガスを導入するのに使用される。 Gas nozzle 6 is disposed so as to cover the entire surface of Safuaia substrate 2, it is used to introduce gas into the entire substrate surface. またガスノズル7は基板側方からサフアイア基板2の表面にガスを導入するのに使用される。 The gas nozzle 7 is used to introduce gas into the surface of the Safuaia substrate 2 from the substrate side. 因にサフアイア基板2を加熱する際にはヒータ5 Heater 5 when heating the Safuaia substrate 2 to cause the
が用いられる。 It is used.

【0020】反応室3の排気には真空ポンプ8が使用される。 The vacuum pump 8 is used for the exhaust of the reaction chamber 3. 但しガスを流している間は真空ポンプ8を停止し、分岐した排気管9から反応ガスを排気する。 However while they flowing gas is stopped and the vacuum pump 8 evacuates the reaction gas from the exhaust pipe 9 branching. またガスを流している間、サセプタ4をモータ10によつて回転させるものとする。 Also while flowing gas, shall be by connexion rotating the susceptor 4 in the motor 10. 因に回転数は 5〜10〔ラジアン/ Rotational speed factor 5-10 [rad /
分〕とする。 And minute]. これらは他の工程の時も同じである。 These are the same even when the other process.

【0021】この酸化膜の除去工程が終了すると、ガスの導入を停止し、基板温度を 500〔℃〕まで下げる。 [0021] step of removing the oxide film is completed, stop the introduction of the gas, the temperature of the substrate is lowered to 500 [℃]. 続いてガスノズル6から水素ガス及び窒素ガスをそれぞれ Each followed by a hydrogen gas and nitrogen gas from the gas nozzle 6
10〔litre/分〕の流量で供給し、またガスノズル7からアンモニアガス及び水素ガスをそれぞれ 4〔 litre/ 10 was supplied at a flow rate of [liter / min], also 4 respectively ammonia gas and hydrogen gas from the gas nozzle 7 [liter /
分〕及び 1〔 litre/分〕の流量で供給する。 Min] and supplied at a flow rate of 1 [liter / min]. このとき基板温度は 500〔℃〕に維持する。 In this case the substrate temperature is maintained at 500 [℃].

【0022】次に図2(B)に示すように、サフアイア基板2上に1層目のバツフア層11となるアルミニウム窒素(AlN)膜を以下の条件で形成する。 [0022] Next, as shown in FIG. 2 (B), an aluminum nitrogen (AlN) film serving as a buffer layer 11 of the first layer on Safuaia substrate 2 under the following conditions. このときの圧力条件及び温度条件はそれぞれ常圧、 500〔℃〕に設定される。 Pressure and temperature conditions, respectively normal pressure at this time is set to 500 [℃]. またキヤリアガスである水素ガス及びアンモニアガスはそれぞれ 1〔 litre/分〕で流入される。 The hydrogen gas and ammonia gas is Kiyariagasu are flowed respectively 1 [liter / min]. 一方、ソースガスであるトリメチルアルミニウムガス(以下、TMAガスという)は 3.0×10 -7 〔 mol/分〕で流入される。 Meanwhile, trimethyl aluminum gas is a source gas (hereinafter, referred to as TMA gas) is flowed at 3.0 × 10 -7 [mol / min]. この処理に要する反応時間は約1〔分〕間である。 The reaction time required for this process is between about 1 [min].

【0023】ここでサフアイア基板2上に形成されるバツフア層11の格子定数は下地となるサフアイア基板2 The lattice constant of the buffer layer 11 formed here on Safuaia substrate 2 Safuaia substrate 2 serving as a base
の格子定数とほぼ等しいため結晶性の良いバツフア層1 Approximately equal because of good crystallinity buffer layer the lattice constant of the 1
1がサフアイア基板2上に形成されることになる。 1 is to be formed on Safuaia substrate 2.

【0024】このように1層目のバツフア層11が形成されると、次は図2(C)に示すように2層目のバツフア層12となるガリウムアルミニウム窒素(GaAl [0024] Thus the first layer buffer layer 11 is formed, aluminum gallium nitrogen next to the buffer layer 12 of the second layer as shown in FIG. 2 (C) (GaAl
N)膜を以下の条件で形成する。 The N) film formed under the following conditions.

【0025】このときの圧力条件及び温度条件もやはり常圧、 500〔℃〕である。 [0025] The pressure and temperature conditions at this time also still normal pressure, 500 [℃]. またこの場合にもキヤリアガスである水素ガス及びアンモニアガスはそれぞれ 1〔 l The respective hydrogen gas and ammonia gas is Kiyariagasu also in this case, 1 [l
itre/分〕の割合で流入されている。 It has been flowing at a rate of itre / min]. 一方、プロセスガスにはTMAガス及びトリメチルガリウムガス(以下、 On the other hand, the process gas TMA gas and trimethyl gallium gas (hereinafter,
TMGaガスという)が用いられ、それぞれ 3.0×10 -7 TMGa that gas) is used, each 3.0 × 10 -7
〔 mol/分〕の割合で流入される。 It is introduced at a rate of [mol / min].

【0026】因にこの処理に要する時間は約3〔分〕である。 [0026] attributable to the time required for this process is about 3 [min]. この処理時間が経過すると、反応装置1はTMG When the treatment time has elapsed, the reactor 1 TMG
aガスの流入のみを停止し、他のガスは流したままサセプタ4の温度を1050〔℃〕に引き上げる。 Stop flow only a gas, raising the temperature remains the susceptor 4 shed other gases to 1050 [℃].

【0027】このとき1層目のバツフア層11上に成長される2層目のバツフア層12の格子定数は下地となる1層目のバツフア層11の格子定数とほぼ等しい。 The lattice constant of the buffer layer 12 of the second layer which is grown on the buffer layer 11 of the first layer at this time is approximately equal to the lattice constant of the buffer layer 11 in the first layer to be a base. これにより1層目のバツフア層12上に結晶性の良いバツフア層12を成長することができる。 This makes it possible to grow a crystal having good buffer layer 12 on the first layer buffer layer 12.

【0028】このように2層のバツフア層11及び12 The buffer layer 11 and 12 of this two-layer
が順次積層されると、次は最終目的とするガリウム窒素膜(GaN)13の形成処理に移る。 When There are sequentially stacked, the next proceeds to process of forming a gallium nitride film (GaN) 13 to a final object. この際、圧力条件及び温度条件はそれぞれ常圧、1050〔℃〕に設定される。 At this time, each of the pressure and temperature conditions are atmospheric pressure, it is set to 1050 [℃]. またキヤリアガスには前2工程の場合と同様、水素ガス及びアンモニアガスが用いられ、それぞれ 1〔 lit Similarly to the case in Kiyariagasu before 2 steps, hydrogen gas and ammonia gas is used, each 1 [lit
re/分〕で流入される。 It is introduced in the re / min]. またソースガスとしてはTMG The TMG is as a source gas
aガスが 5.4×10 -5 〔 mol/分〕で流入される。 a gas is flowed at 5.4 × 10 -5 [mol / min]. この際の反応時間は約60〔分〕である。 The reaction time in this case is about 60 [min].

【0029】因にこの実施例の場合、これら一連の処理工程の間中、水素ガス及び窒素ガスがガスノズル6から常時流入されており、反応ガスによつて反応室内が汚染されないようにされている。 In the case of this embodiment to cause, during the series of process steps, hydrogen gas and nitrogen gas are flowed constantly from the gas nozzle 6, by the reaction gas connexion reaction chamber is prevented from being contaminated .

【0030】これにより2層目のバツフア層12の表面には 4〔μm〕の膜厚のガリウム窒素膜13が形成されることになる。 [0030] so that the 4 [μm] of the thickness of the gallium nitride film 13 is formed thereby on the surface of the second layer of buffer layer 12. ここで表面に形成されるガリウム窒素膜13の格子定数は2層目のバツフア層12の格子定数に対してほぼ等しい。 Wherein the lattice constant of the gallium nitride film 13 formed on the surface is approximately equal to the grating constant of the buffer layer 12 of the second layer. 従つてその上に形成されるガリウム窒素膜13の結晶性も良い。 Accordance connexion or crystalline gallium nitride film 13 formed thereon.

【0031】以上の工程によれば、サフアイア基板4とガリウム窒素膜との間に2層のバツフア層11及び12 According to the above process, buffer layer 11 and 12 of the two layers between the Safuaia substrate 4 and the gallium nitride film
を形成して格子定数がほぼ連続的に変化するようにしたことにより、サフアイア基板2に直にガリウム窒素膜を形成する場合に比して結晶性の良いガリウム窒素膜を成長させることができる。 The by forming to lattice constant and to vary substantially continuously, it can be grown with good crystallinity gallium nitride film as compared with the case of forming a directly gallium nitride film on Safuaia substrate 2. また格子定数が多少異なつていても1層目のバツフア層11を形成するAlN層で緩和されるため影響が少ない。 The less affected because even though the different from one slight lattice constant is relaxed by AlN layer forming a buffer layer 11 of the first layer.

【0032】さらに1層目のバツフア層11を形成するAlN層の膜厚が多少ばらついても、1層目のバツフア層11の上に2層目のバツフア層12となるGaAlN [0032] Also further somewhat thickness of the AlN layer to form a first layer of buffer layer 11 varies, the buffer layer 12 of the second layer over the first layer of the buffer layer 11 GaAlN
膜が形成されているため膜厚の変動によつて結晶性が影響されるおそれも低減される。 Also you it's I go-between crystalline to changes in thickness since the film is formed is affected is reduced. これによりこの構造を有する化合物半導体によつて発光デバイスを形成すれば、 If thereby forming by connexion emitting devices on a compound semiconductor having this structure,
歩留まりを一段と向上させることができる。 It can further improve the yield.

【0033】(2)第2の実施例 この実施例で用いる成膜条件は、前項の実施例で用いた成膜条件のうち第2のバツフア層12の成膜条件を除いて同様である。 [0033] (2) film formation conditions used in the second embodiment this embodiment is the same except for the conditions for forming the second buffer layer 12 of the deposition conditions used in the previous examples. すなわち反応時間を 1〔分〕間に短縮することを除いて同様である。 That is the same except for reducing the reaction time between 1 (minutes). 従つて圧力条件及び温度条件は常圧、 500〔℃〕である。 Accordance connexion pressure and temperature conditions are atmospheric pressure, 500 [℃]. またこの条件下導入されるキヤリアガス、すなわち水素ガス及びアンモニアガスもそれぞれ 1〔 litre/分〕の割合で流入される。 The Kiyariagasu to be the conditions introduced, that is, the inflow at the rate of hydrogen gas and ammonia gas is also respectively 1 [liter / min]. またプロセスガスであるTMAガス及びTMGaガスもそれぞれ 3.0×10 -7 〔 mol/分〕の割合で流入される。 TMA gas and TMGa gas is the process gas also is flowed at a rate of respectively 3.0 × 10 -7 [mol / min].

【0034】このように反応時間を幾分短縮することにより2層目のバツフア層12の膜厚は薄くなるが、2層目のバツフア層12の下層には1層目のバツフア層11 [0034] While such somewhat thinner film thickness of buffer layer 12 of the second layer by reducing the reaction time, the the lower layer of the second layer of buffer layer 12 the first layer of buffer layer 11
があるため、バツフア層12上に成長されるガリウム窒素膜13の膜質に実用上問題はない。 Because there are practical problem in quality of the gallium nitride film 13 is grown on the buffer layer 12 is not. このように結晶性の良いガリウム窒素膜13を短時間で成膜することができる。 Such good crystallinity gallium nitride film 13 can be formed in a short time.

【0035】(3)第3の実施例 この実施例で用いる成膜条件は、前項の実施例で用いた成膜条件のうち第2のバツフア層12の成膜条件を除いて同様である。 [0035] (3) film forming conditions used in the third embodiment this embodiment is the same except for the conditions for forming the second buffer layer 12 of the deposition conditions used in the previous examples. すなわち成膜温度を 800〔℃〕に上げることを除いて同様である。 That is the same except for increasing the deposition temperature to 800 [℃]. 従つて他の成膜条件は同じである。 Follow go-between other film-forming conditions are the same. すなわちキヤリアガスとして水素ガス及びアンモニアガスはそれぞれ 1〔 litre/分〕の割合で流入される。 That hydrogen gas and ammonia gas as Kiyariagasu is flowed at a rate of 1 [liter / min]. また同時にプロセスガスとしてTMAガス及びTM The TMA gas and TM as a process gas at the same time
Gaガスがそれぞれ 3.0×10 -7 〔 mol/分〕にて流入される。 Ga gas is introduced at each 3.0 × 10 -7 [mol / min]. そして反応時間は 1〔分〕間である。 And the reaction time is between 1 [min].

【0036】このように比較的高温によつて2層目のバツフア層12が形成されるため、形成過程の間に1層目のバツフア層11の結晶性が向上される。 [0036] Thus relatively for buffer layer 12 of Yotsute second layer to a high temperature is formed, the crystallinity of the first layer of the buffer layer 11 during the formation process is improved. このように1 In this way 1
層目のバツフア層11の結晶性が向上することはその表面に成長される2層目のバツフア層12についても結晶性が向上されることになり、膜質の良好なガリウム窒素膜13をバツフア層11及び12の上に形成することができる。 The crystallinity of the layer-th buffer layer 11 is improved will be crystallinity is improved for buffer layer 12 of the second layer which is grown on the surface, buffer layer excellent gallium nitride film 13 of the film quality it can be formed on the 11 and 12.

【0037】以上の工程によれば、実用上十分な膜質のガリウム窒化膜13を比較的短時間によつて得ることができる。 [0037] According to the above process, it may be obtained cowpea gallium nitride film 13 of practically sufficient quality relatively short time. またバツフア層を2層とすることによりバツフア層の膜厚を薄くでき、発光デバイスの歩留まりを一段と向上させることができる。 Also can reduce the thickness of the buffer layer by setting the buffer layer 2-layer, it is possible to further improve the yield of light emitting devices.

【0038】(4)第4の実施例 前項までの実施例ではサフアイア基板上に複数のバツフア層11、12を形成した後にガリウム窒化膜を形成する場合について述べたが、この項で説明する実施例ではバツフア層の形成前に予めサフアイア基板表面を窒化しておくことを特徴とする。 [0038] (4) carried out in the embodiment of to the fourth embodiment set forth in the preceding paragraph have dealt with the case of forming a gallium nitride film after forming a plurality of buffer layers 11, 12 Safuaia substrate, as described in this section the example is characterized in that keep nitrided in advance Safuaia substrate surface before the formation of the buffer layer. この様子を図2との対応部分に同一符号を付して示す図3を用いながら説明する。 This state will be described with reference to FIG. 3 where the same reference numerals are assigned to corresponding parts in FIG.

【0039】すなわちサフアイア基板2の表面から酸化膜の除去が終了した時点で、H 2ガスに代えてNH 3ガスを導入する。 [0039] That is when the removal is complete the oxide film from the surface of Safuaia substrate 2, introducing NH 3 gas in place of the H 2 gas. このときNH3 ガスは少なくとも 0.5〜 At this time, NH3 gas is at least 0.5
20〔litter/分〕の割合で60分程度導入される。 Is introduced about 60 minutes at a rate of 20 [litter / min]. これによりサフアイア基板2の表面が窒化され、図3(A)に示すように、表面部分に単結晶AlN層15が形成される。 Thereby the surface of the Safuaia substrate 2 is nitrided, as shown in FIG. 3 (A), single-crystal AlN layer 15 on the surface portion is formed.

【0040】このようにサフアイア基板2の表面が予め窒化されているため次の工程でTMAガスが導入されて始めると同時にバツフア層11の堆積が開始される。 [0040] Thus when the TMA gas in the next step for the surface of the Safuaia substrate 2 is previously nitrided begins being introduced simultaneously buffer layer 11 of the deposition is started. これにより図3(B)に示す1層目に形成されるバツフア層11の平坦性は一段と向上され、また結晶性も向上される。 Accordingly flatness of buffer layer 11 formed on the first layer shown in FIG. 3 (B) is further improved, and crystallinity is also improved. 同様にその上層に形成される2層目のバツフア層12(図3(C))の膜質も安定する。 Film quality of the second layer of the buffer layer 12 (FIG. 3 (C)) which is formed similarly to the upper layer is also stabilized. この結果、図3 As a result, as shown in FIG. 3
(D)に示すように最上層に形成されるガリウム窒素膜(GaN)13の平坦性及び結晶性もさらに向上される。 Flatness and crystallinity of the gallium nitride film (GaN) 13 is formed on the uppermost layer as shown in (D) is also further improved.

【0041】以上の工程によれば、酸化膜除去後におけるサフアイア基板2の表面を窒化しておき、この状態で格子定数がほぼ連続するように2層のバツフア層11及び12を形成するようにしたことにより、最上層に形成されるガリウム窒素膜13の平坦性及び結晶性を一段と向上させることができる。 According to [0041] above steps, leave nitriding the surface of the Safuaia substrate 2 after removal of the oxide film, as the lattice constant in this state to form the buffer layer 11 and 12 of the two layers so as to be substantially continuous by the, we can further improve the flatness and crystallinity of the gallium nitride film 13 formed on the uppermost layer. これにより従来に比して一段と高効率かつ長寿命の半導体発光素子を実現することができる。 This makes it possible to realize a semiconductor light emitting device further compared with the conventional high efficiency and long life.

【0042】(5)他の実施例 なお上述の実施例においては、1層目及び2層目のバツフア層11及び12の上にガリウム窒素膜13を形成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、一般式がIn 1-xy Ga x Al y N(0≦x≦1、0≦x+ [0042] (5) In another embodiment noted above embodiment has dealt with the case of forming a gallium nitride film 13 on the first and second layers of buffer layer 11 and 12, the present invention is is not limited to this, the general formula in 1-xy Ga x Al y N (0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ x +
y≦1)で表される化合物半導体層を成長させる場合に広く適用し得る。 May be widely applied to a case of growing a compound semiconductor layer represented by y ≦ 1).

【0043】また上述の実施例においては、NH3 ガスの雰囲気中で熱処理することによりサフアイア基板2の表面を窒化する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、窒素ガスを含む雰囲気中でサフアイア基板2を熱処理することによつてサフアイア基板2の表面を窒化する場合に広く適用し得る。 [0043] In the embodiment described above has dealt with the case of nitriding the surface of the Safuaia substrate 2 by heat treatment in an atmosphere of NH3 gas, the present invention is not limited to this, in an atmosphere containing nitrogen gas It may be widely applied to a case where nitriding the surface of the Yotsute Safuaia substrate 2 to the heat treatment of Safuaia substrate 2.

【0044】さらに上述の実施例においては、バツフア層を下層から順にアルミニウム窒素(AlN)及びガリウムアルミニウム窒素(GaAlN)によつて形成する場合について述べたが、他の膜をバツフア層として用いても良い。 [0044] In still above embodiment has dealt with the case of by connexion forming buffer layer from the lower layer to the aluminum nitrogen (AlN) and gallium aluminum nitrogen (GaAlN) in order, even if using another film as a buffer layer good. このときバツフア層の格子定数はサフアイア基板2とガリウム窒素膜13の中間のものを用いれば良い。 In this case the lattice constant of the buffer layer may be used as intermediate Safuaia substrate 2 and the gallium nitride film 13.

【0045】さらに上述の実施例においては、バツフア層を2層とする場合について述べたが、本発明はこれに限らず、3層以上に分けて形成しても良い。 [0045] In still above embodiment has dealt with the case of the the buffer layer 2-layer, the present invention is not limited thereto, may be formed by dividing into three or more layers. この場合、 in this case,
サフアイア基板2に近い側から表面の方向に順に積層されるバツフア層の格子定数がほぼ一定の割合で変化するようにすれば良い。 Lattice constant of the buffer layer laminated in this order in the direction of the surface from the side closer to the Safuaia substrate 2 may be to vary substantially constant rate.

【0046】さらに上述の実施例においては、バツフア層をサフアイア基板2上に形成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、他の材質の基板上に形成しても良い。 [0046] In still above embodiment has dealt with the case of forming a buffer layer on Safuaia substrate 2, the present invention is not limited thereto, it may be formed on a substrate of another material. さらに上述の実施例においては、成膜条件(圧力、温度、キヤリアガス及びその流入速度、プロセスガス及びその流入速度、反応時間等)をそれぞれ特定したが、本発明はこれに限らず、膜厚等に応じて適切な条件に調整すれば良い。 In still above embodiments, the film formation conditions (pressure, temperature, Kiyariagasu and inlet velocity, the process gas and its inlet velocity, reaction time, etc.) were identified respectively, the invention is not limited thereto, the thickness, etc. it may be adjusted to the appropriate conditions according to.

【0047】さらに上述の実施例においては、ガリウム窒素系化合物半導体の結晶を利用して青色発光ダイオードを形成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、半導体レーザを形成する場合にも広く適用し得る。 [0047] In still above embodiments have dealt with the case of forming the blue light emitting diode by using the crystal of gallium nitride-based compound semiconductor, the present invention is not limited to this, even in the case of forming a semiconductor laser It can be widely applied.

【0048】 [0048]

【発明の効果】上述のように本発明によれば、基体と一般式がIn 1-xy Ga x Al y N(0≦x≦1、0≦x Effects of the Invention According to the present invention as described above, the substrate and the general formula In 1-xy Ga x Al y N (0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ x
+y≦1)で表される化合物半導体層との間に複数層のバツフア層を設けることにより平坦性及び結晶性に優れた化合物半導体層を基体上に形成することができ、再現性に優れた化合物半導体装置を実現することができる。 + The compound semiconductor layer excellent in flatness and crystallinity by providing a buffer layer of a plurality of layers between the y ≦ 1) compound represented by the semiconductor layer can be formed on the substrate, with excellent reproducibility it is possible to realize a compound semiconductor device.

【0049】また基体表面に窒化層を形成してから順に複数層のバツフア層を形成し、これらの上に一般式がI [0049] Also forming a buffer layer of a plurality of layers after forming a nitride layer on the substrate surface in order, the general formula I on these
1-xy Ga x Al y N(0≦x≦1、0≦x+y≦ n 1-xy Ga x Al y N (0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ x + y ≦
1)で表される化合物半導体層を形成することにより一段と平坦性及び結晶性に優れた化合物半導体層を有する化合物半導体装置を実現することができる。 It is possible to realize a compound semiconductor device having a compound semiconductor layer having excellent further flatness and crystallinity by forming a compound semiconductor layer represented by 1).

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】化合物半導体製造装置を示す略線図である。 1 is a schematic diagram showing a compound semiconductor manufacturing apparatus.

【図2】本発明による化合物半導体装置の製造工程の説明に供する工程図である。 Figure 2 is a process diagram for explaining the manufacturing process of a compound semiconductor device according to the present invention.

【図3】本発明による化合物半導体装置の製造工程の説明に供する工程図である。 Figure 3 is a process diagram for explaining the manufacturing process of a compound semiconductor device according to the present invention.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1……反応装置、2……サフアイア基板、3……反応室、4……サセプタ、5……ヒータ、6、7……ガスノズル、8……真空ポンプ、9……排気管、10……モータ、11、12……バツフア層、13……ガリウム窒素膜、15……表面窒化層。 1 ...... reactor, 2 ...... Safuaia substrate, 3 ...... reaction chamber, 4 ...... susceptor, 5 ...... heater, 6,7 ...... gas nozzles, 8 ...... vacuum pump, 9 ...... exhaust pipe, 10 ...... motor, 11, 12 ...... buffer layer, 13 ...... gallium nitride film, 15 ...... surface nitriding layer.

Claims (7)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】基体上に一般式がIn 1-xy Ga x Al y 1. A general formula onto a substrate is In 1-xy Ga x Al y
    N(0≦x≦1、0≦x+y≦1)で表される化合物半導体層を有する化合物半導体装置において、 上記基体と上記化合物半導体層との間に複数層のバツフア層を有することを特徴とする化合物半導体装置。 In the compound semiconductor device having a compound semiconductor layer represented by N (0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ x + y ≦ 1), and characterized by having a buffer layer of a plurality of layers between the substrate and the compound semiconductor layer compound semiconductor device.
  2. 【請求項2】基体上に一般式がIn 1-xy Ga x Al y 2. A general formula onto a substrate is In 1-xy Ga x Al y
    N(0≦x≦1、0≦x+y≦1)で表される化合物半導体層を有する化合物半導体装置において、 上記基体表面に形成された窒化層と上記化合物半導体層との間に複数層のバツフア層を有することを特徴とする化合物半導体装置。 In the compound semiconductor device having a compound semiconductor layer represented by N (0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ x + y ≦ 1), buffer a plurality of layers between the base nitride layer formed on the surface and the compound semiconductor layer compound semiconductor device characterized by having a layer.
  3. 【請求項3】上記複数のバツフア層は2層であり、下層側のバツフア層は一般式がAlNで表される半導体層でなり、かつ上層側のバツフア層は一般式がGa x Al Wherein the plurality of buffer layers are two layers, the lower layer side buffer layer becomes the general formula in the semiconductor layer represented by AlN, and upper buffer layer of the general formula Ga x Al
    1-x Nで表される半導体層でなることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の化合物半導体装置。 The compound semiconductor device according to claim 1 or claim 2, characterized in that a semiconductor layer represented by 1-x N.
  4. 【請求項4】上記基体はサフアイア基板でなることを特徴とする請求項1、請求項2又は請求項3に記載の化合物半導体装置。 Wherein said substrate is a compound semiconductor device according to claim 1, claim 2 or claim 3, characterized by comprising at Safuaia substrate.
  5. 【請求項5】基体上に一般式がIn 1-xy Ga x Al y General formula wherein the substrate is In 1-xy Ga x Al y
    N(0≦x≦1、0≦x+y≦1)で表される化合物半導体層を有する化合物半導体装置の形成方法において、 上記基体表面に複数層のバツフア層を形成した後、上記化合物半導体層を形成することを特徴とする化合物半導体装置形成方法。 In the method of forming a compound semiconductor device having a compound semiconductor layer represented by N (0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ x + y ≦ 1), after forming a buffer layer of a plurality of layers on the substrate surface, said compound semiconductor layer compound semiconductor device forming method and forming.
  6. 【請求項6】上記第1のバツフア層を上記基体表面に形成する前に、予め上記基体表面を窒化して窒化層を形成しておくことを特徴とする請求項5に記載の化合物半導体装置形成方法。 The method according to claim 6, wherein said first buffer layer before forming the said substrate surface, a compound semiconductor device according to claim 5, characterized in that previously formed the nitride layer by nitriding advance the substrate surface forming method.
  7. 【請求項7】上記窒化層は窒素ガスを含む雰囲気中において上記基体を熱処理することにより形成されることを特徴とする請求項6に記載の化合物半導体装置形成方法。 7. A compound semiconductor device forming method according to claim 6, wherein the nitride layer is formed by heat-treating the substrate in an atmosphere containing nitrogen gas.
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