JPH09199759A - ３族窒化物半導体の製造方法及び半導体素子 - Google Patents
３族窒化物半導体の製造方法及び半導体素子Info
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- JPH09199759A JPH09199759A JP2585296A JP2585296A JPH09199759A JP H09199759 A JPH09199759 A JP H09199759A JP 2585296 A JP2585296 A JP 2585296A JP 2585296 A JP2585296 A JP 2585296A JP H09199759 A JPH09199759 A JP H09199759A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】異種物質基板上に成長させるAlGaInN 系の半導
体の結晶性の改善。 【解決手段】異種物質の基板上に３族窒化物半導体(Alx
GaYIn1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=0 を含む) を成長させる方法
において、基板上に単結晶が成長しない温度でAlx1GaY1
In1-X1-Y1N(0≦X1≦1, 0≦Y1≦1, 0≦X1+Y1 ≦1)を形成
したバッファ層と、単結晶が成長する温度でAlx2GaY2In
1-X2-Y2N(0≦X2≦1, 0≦Y2≦1, 0≦X2+Y2≦1,X1=X2,Y1=
Y2 を含む) を形成した単結晶層とを交互に３層以上積
層させ、その上に単結晶が成長する温度で目的とするAl
x3GaY3In1-X3-Y3N(0≦X3≦1, 0≦Y3≦1, 0≦X3+Y3≦1,
X1又はX2=X3, Y1又はY2=Y3 を含む)から成る層を形成す
る。
体の結晶性の改善。 【解決手段】異種物質の基板上に３族窒化物半導体(Alx
GaYIn1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=0 を含む) を成長させる方法
において、基板上に単結晶が成長しない温度でAlx1GaY1
In1-X1-Y1N(0≦X1≦1, 0≦Y1≦1, 0≦X1+Y1 ≦1)を形成
したバッファ層と、単結晶が成長する温度でAlx2GaY2In
1-X2-Y2N(0≦X2≦1, 0≦Y2≦1, 0≦X2+Y2≦1,X1=X2,Y1=
Y2 を含む) を形成した単結晶層とを交互に３層以上積
層させ、その上に単結晶が成長する温度で目的とするAl
x3GaY3In1-X3-Y3N(0≦X3≦1, 0≦Y3≦1, 0≦X3+Y3≦1,
X1又はX2=X3, Y1又はY2=Y3 を含む)から成る層を形成す
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は３族窒化物半導体を用い
た発光素子に関する。
た発光素子に関する。
【０００２】
【従来技術】従来、青色のレーザダイオードとして、サ
ファイア基板上にバッファ層を形成して、そのバッファ
層上にAlGaInN 系の化合物半導体のダブルヘテロ接合を
形成した構造のものが知られている。その化合物半導体
は直接遷移型であることから発光効率が高いこと、光の
３原色の１つである青色を発光色とすること等から注目
されている。
ファイア基板上にバッファ層を形成して、そのバッファ
層上にAlGaInN 系の化合物半導体のダブルヘテロ接合を
形成した構造のものが知られている。その化合物半導体
は直接遷移型であることから発光効率が高いこと、光の
３原色の１つである青色を発光色とすること等から注目
されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の上記構
造のレーザダイオードは、バッファ層を用いているもの
の、異種物質の基板上にAlGaInN 系の化合物半導体を成
長させたものであるため、結晶性が未だに良くない。即
ち、この格子欠陥は基板面から発光層へ垂直に貫通して
おり、発光層での格子欠陥密度は１０9 〜１０10/cm2程
度存在している。この格子欠陥密度が高いことが、発光
効率を低下させ、動作寿命を短縮させている。本発明
は、上記課題を解決するために成されたものであり、そ
の目的は、異種物質基板上に成長させるAlGaInN 系の化
合物半導体の結晶性を改善し、その化合物半導体を用い
た半導体素子の特性を改善することである。
造のレーザダイオードは、バッファ層を用いているもの
の、異種物質の基板上にAlGaInN 系の化合物半導体を成
長させたものであるため、結晶性が未だに良くない。即
ち、この格子欠陥は基板面から発光層へ垂直に貫通して
おり、発光層での格子欠陥密度は１０9 〜１０10/cm2程
度存在している。この格子欠陥密度が高いことが、発光
効率を低下させ、動作寿命を短縮させている。本発明
は、上記課題を解決するために成されたものであり、そ
の目的は、異種物質基板上に成長させるAlGaInN 系の化
合物半導体の結晶性を改善し、その化合物半導体を用い
た半導体素子の特性を改善することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、異種物質の基
板上に３族窒化物半導体(AlxGaYIn1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=
0 を含む) を成長させる方法において、基板上に単結晶
が成長しない温度でAlx1GaY1In1-X1-Y1N(0≦X1≦1, 0≦
Y1≦1, 0≦X1+Y1 ≦1)を形成したバッファ層と、単結晶
が成長する温度でAlx2GaY2In1-X2-Y2N(0≦X2≦1, 0≦Y2
≦1, 0≦X2+Y2≦1,X1=X2,Y1=Y2 を含む) を形成した単
結晶層とを交互に３層以上積層させ、その上に単結晶が
成長する温度で目的とするAlx3GaY3In1-X3-Y3N(0≦X3≦
1, 0≦Y3≦1, 0≦X3+Y3 ≦1, X1又はX2=X3, Y1又はY2=Y
3 を含む) から成る層を形成したことを特徴とする。
又、他の発明の特徴は、そのように形成したAlx3GaY3In
1-X3-Y3Nの層を素子層の基底層とした半導体素子であ
る。
板上に３族窒化物半導体(AlxGaYIn1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=
0 を含む) を成長させる方法において、基板上に単結晶
が成長しない温度でAlx1GaY1In1-X1-Y1N(0≦X1≦1, 0≦
Y1≦1, 0≦X1+Y1 ≦1)を形成したバッファ層と、単結晶
が成長する温度でAlx2GaY2In1-X2-Y2N(0≦X2≦1, 0≦Y2
≦1, 0≦X2+Y2≦1,X1=X2,Y1=Y2 を含む) を形成した単
結晶層とを交互に３層以上積層させ、その上に単結晶が
成長する温度で目的とするAlx3GaY3In1-X3-Y3N(0≦X3≦
1, 0≦Y3≦1, 0≦X3+Y3 ≦1, X1又はX2=X3, Y1又はY2=Y
3 を含む) から成る層を形成したことを特徴とする。
又、他の発明の特徴は、そのように形成したAlx3GaY3In
1-X3-Y3Nの層を素子層の基底層とした半導体素子であ
る。
【０００５】この構成により、基板面から縦に延びる格
子欠陥がバッファ層と単結晶層との繰り返しにより途中
で遮断され、目的とする単結晶の層には至らない。特に
基板面からの転位がバッファ層の単結晶の50〜1000Åに
閉じ込められ、上の層に伝搬されることを防ぐ。よっ
て、素子を形成するための半導体層における格子欠陥密
度は低くなり、異種物質の基板上にも良質なAlx3GaY3In
1-X3-Y3Nから成る単結晶半導体が得られる。又、その単
結晶の半導体を基底層として素子を形成した場合には、
素子を形成する層の結晶性が高くなり、素子の特性を向
上させることができる。特に、発光素子を形成した場合
には、発光効率、素子寿命、発光輝度を改善することが
できる。
子欠陥がバッファ層と単結晶層との繰り返しにより途中
で遮断され、目的とする単結晶の層には至らない。特に
基板面からの転位がバッファ層の単結晶の50〜1000Åに
閉じ込められ、上の層に伝搬されることを防ぐ。よっ
て、素子を形成するための半導体層における格子欠陥密
度は低くなり、異種物質の基板上にも良質なAlx3GaY3In
1-X3-Y3Nから成る単結晶半導体が得られる。又、その単
結晶の半導体を基底層として素子を形成した場合には、
素子を形成する層の結晶性が高くなり、素子の特性を向
上させることができる。特に、発光素子を形成した場合
には、発光効率、素子寿命、発光輝度を改善することが
できる。
【０００６】請求項２、７のように、バッファ層の厚さ
を１００〜１０００Å、単結晶層の厚さを５００〜３０
００Åとすることで、又、請求項３、８のように、バッ
ファ層の成長温度を３５０〜８００℃とすることで、格
子欠陥が基板面から目的とする半導体層に伸びることを
効率良く防止できる。また、単結晶層の厚さが３０００
Åを越えると歪が大きくなり好ましくない。
を１００〜１０００Å、単結晶層の厚さを５００〜３０
００Åとすることで、又、請求項３、８のように、バッ
ファ層の成長温度を３５０〜８００℃とすることで、格
子欠陥が基板面から目的とする半導体層に伸びることを
効率良く防止できる。また、単結晶層の厚さが３０００
Åを越えると歪が大きくなり好ましくない。
【０００７】バッファ層と単結晶層は、一般式AlxGaYIn
1-X-YNの４元、３元、２元の窒化物半導体とすることが
できる。特に、請求項４のように、バッファ層をAlN 、
単結晶層をGaN とすることで、目的とするGaN の層の格
子欠陥密度を大きく低下させることができる。又、基板
には、サファイア又はSiC 等を用いることができる。
尚、バッファ層と単結晶層との繰り返し数は任意であ
る。また、最後のバッファ層成層後そのまま昇温し、単
結晶層を成長させることが、単結晶の結晶性からも、工
程の簡易性からも好ましい。
1-X-YNの４元、３元、２元の窒化物半導体とすることが
できる。特に、請求項４のように、バッファ層をAlN 、
単結晶層をGaN とすることで、目的とするGaN の層の格
子欠陥密度を大きく低下させることができる。又、基板
には、サファイア又はSiC 等を用いることができる。
尚、バッファ層と単結晶層との繰り返し数は任意であ
る。また、最後のバッファ層成層後そのまま昇温し、単
結晶層を成長させることが、単結晶の結晶性からも、工
程の簡易性からも好ましい。
【０００８】
【実施例】サファイア基板上に次のように目的とするAl
x3GaY3In1-X3-Y3Nから成る層を形成した。各層は、有機
金属化合物気相成長法( 以下「M0VPE 」と記す) による
気相成長により形成された。用いられたガスは、NH3 と
キャリアガスH2又はN2とトリメチルガリウム(Ga(CH3)3)
（以下「TMG 」と記す) とトリメチルアルミニウム(Al
(CH3)3)（以下「TMA」と記す) である。
x3GaY3In1-X3-Y3Nから成る層を形成した。各層は、有機
金属化合物気相成長法( 以下「M0VPE 」と記す) による
気相成長により形成された。用いられたガスは、NH3 と
キャリアガスH2又はN2とトリメチルガリウム(Ga(CH3)3)
（以下「TMG 」と記す) とトリメチルアルミニウム(Al
(CH3)3)（以下「TMA」と記す) である。
【０００９】まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した
厚さ100 〜400 μｍの単結晶のサファイア基板１をM0VP
E 装置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次
に、常圧でH2を流速2 liter/分で反応室に流しながら温
度1100℃でサファイア基板１を気相エッチングした。
厚さ100 〜400 μｍの単結晶のサファイア基板１をM0VP
E 装置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次
に、常圧でH2を流速2 liter/分で反応室に流しながら温
度1100℃でサファイア基板１を気相エッチングした。
【００１０】次に、温度を 400℃まで低下させて、H2を
20 liter／分、NH3 を10 liter／分、TMA を 1.8×10-5
モル／分で供給して図１に示す様に AlNのバッファ層２
１が約 500Åの厚さに形成された。次に、サファイア基
板１の温度を1150℃に保持し、H2を20 liter／分、NH3
を10 liter／分、TMG を 1.7×10-4モル／分で供給し
て、膜厚約0.3 μｍのGaN から成る単結晶層３１を形成
した。
20 liter／分、NH3 を10 liter／分、TMA を 1.8×10-5
モル／分で供給して図１に示す様に AlNのバッファ層２
１が約 500Åの厚さに形成された。次に、サファイア基
板１の温度を1150℃に保持し、H2を20 liter／分、NH3
を10 liter／分、TMG を 1.7×10-4モル／分で供給し
て、膜厚約0.3 μｍのGaN から成る単結晶層３１を形成
した。
【００１１】次に、サファイア基板１の温度を、再度、
400℃まで低下させて、バッファ層２１の形成と同一条
件で、 500Åの厚さのAlN から成るバッファ層２２を形
成した。次に、サファイア基板１の温度を、再度、1150
℃に上げて、単結晶層３１の形成と同一条件で、厚さ0.
3 μｍのGaN から成る単結晶層３２を形成した。さら
に、サファイア基板１の温度を、再度、 400℃まで低下
させて、その単結晶層３２の上に、同様に、バッファ層
２３を形成した。そして、サファイア基板１の温度を、
再度、1150℃に上げて、単結晶層３１の形成と同一条件
で、厚さ1.5 μｍのGaN から成る目的とする単結晶層３
３を形成した。
400℃まで低下させて、バッファ層２１の形成と同一条
件で、 500Åの厚さのAlN から成るバッファ層２２を形
成した。次に、サファイア基板１の温度を、再度、1150
℃に上げて、単結晶層３１の形成と同一条件で、厚さ0.
3 μｍのGaN から成る単結晶層３２を形成した。さら
に、サファイア基板１の温度を、再度、 400℃まで低下
させて、その単結晶層３２の上に、同様に、バッファ層
２３を形成した。そして、サファイア基板１の温度を、
再度、1150℃に上げて、単結晶層３１の形成と同一条件
で、厚さ1.5 μｍのGaN から成る目的とする単結晶層３
３を形成した。
【００１２】この単結晶層３３をKOH によりエッチング
して、エッチピット法により表面の転位密度を電子走査
顕微鏡で撮像して測定した。その結果は、８×１０5 cm
2 であった。従来のように、サファイア基板１上に１層
のAlN から成るバッファ層２２を形成し、その上に目的
とするGaN から成る単結晶層を形成した場合のエッチピ
ット密度が４×１０7 /cm2であるので、本実施例の製造
方法により、エッチピット密度は1/50に低下した。
して、エッチピット法により表面の転位密度を電子走査
顕微鏡で撮像して測定した。その結果は、８×１０5 cm
2 であった。従来のように、サファイア基板１上に１層
のAlN から成るバッファ層２２を形成し、その上に目的
とするGaN から成る単結晶層を形成した場合のエッチピ
ット密度が４×１０7 /cm2であるので、本実施例の製造
方法により、エッチピット密度は1/50に低下した。
【００１３】バッファ層を多層構造とすることで、エッ
チピットを減少できる理由は、次のように考えられる。
ピットの形状は電子顕微鏡による観察により六角形であ
る。AlN のバッファ層上に形成されるGaN の成長初期
は、六角形の島状結晶である。その後、結晶成長と共に
バッファ層はGaN に覆われることになるが、格子欠陥部
分は残されてやはり六角形のピットとなるものと考えら
れる。しかし、AlN のバッファ層とGaN の単結晶層を多
重周期構造とすることで、AlN 層がGaN 層とうまく干渉
して格子欠陥が塞がれたものと思われる。
チピットを減少できる理由は、次のように考えられる。
ピットの形状は電子顕微鏡による観察により六角形であ
る。AlN のバッファ層上に形成されるGaN の成長初期
は、六角形の島状結晶である。その後、結晶成長と共に
バッファ層はGaN に覆われることになるが、格子欠陥部
分は残されてやはり六角形のピットとなるものと考えら
れる。しかし、AlN のバッファ層とGaN の単結晶層を多
重周期構造とすることで、AlN 層がGaN 層とうまく干渉
して格子欠陥が塞がれたものと思われる。
【００１４】上記実施例では、バッファ層にはAlN を用
いたが他の２元系のGaN 、InN や３元系のAlGaN 、InGa
N 、４元系のAlGaInN 等を用いることができる。この場
合にバッファ層は単結晶が成長しない低い温度で形成さ
れ、その厚さは100 〜1000Åが望ましい。又、バッファ
層上に形成される単結晶層の物質は、バッファ層と物質
及び組成比が同一でも、異種物質又は同種物質でも組成
比が異なるものでも良い。この単結晶層には、GaN の
他、任意組成比の３元系のAlGaN 、InGaN 、任意組成比
の４元系のAlGaInN を用いることができる。この単結晶
層の成長温度は単結晶が成長できる温度である。一般的
に、厚さは500 〜3000Åの範囲が望ましい。又、バッフ
ァ層と単結晶層との繰り返し回数は任意である。
いたが他の２元系のGaN 、InN や３元系のAlGaN 、InGa
N 、４元系のAlGaInN 等を用いることができる。この場
合にバッファ層は単結晶が成長しない低い温度で形成さ
れ、その厚さは100 〜1000Åが望ましい。又、バッファ
層上に形成される単結晶層の物質は、バッファ層と物質
及び組成比が同一でも、異種物質又は同種物質でも組成
比が異なるものでも良い。この単結晶層には、GaN の
他、任意組成比の３元系のAlGaN 、InGaN 、任意組成比
の４元系のAlGaInN を用いることができる。この単結晶
層の成長温度は単結晶が成長できる温度である。一般的
に、厚さは500 〜3000Åの範囲が望ましい。又、バッフ
ァ層と単結晶層との繰り返し回数は任意である。
【００１５】さらに、目的とする単結晶の半導体層は、
２元、３元、４元系の３族窒化物半導体Alx3GaY3In
1-X3-Y3N(0≦X3≦1, 0≦Y3≦1, 0≦X3+Y3 ≦1)を用いる
ことができる。
２元、３元、４元系の３族窒化物半導体Alx3GaY3In
1-X3-Y3N(0≦X3≦1, 0≦Y3≦1, 0≦X3+Y3 ≦1)を用いる
ことができる。
【００１６】次に、本製造方法を用いてレーザダイオー
ド１０を製造した。図１において、レーザダイオード１
０は、サファイア基板１を有しており、そのサファイア
基板１上に中間層２が形成されている。中間層２は、図
１に示す構造と同一である。即ち、中間層２は、厚さ50
0 ÅのAlN から成るバッファ層２１、厚さ0.3 μm から
成る単結晶層３１、500 ÅのAlN から成るバッファ層２
２、厚さ0.3 μm から成る単結晶層３２、500 ÅのAlN
から成るバッファ層２３の多層構造で構成されている。
ド１０を製造した。図１において、レーザダイオード１
０は、サファイア基板１を有しており、そのサファイア
基板１上に中間層２が形成されている。中間層２は、図
１に示す構造と同一である。即ち、中間層２は、厚さ50
0 ÅのAlN から成るバッファ層２１、厚さ0.3 μm から
成る単結晶層３１、500 ÅのAlN から成るバッファ層２
２、厚さ0.3 μm から成る単結晶層３２、500 ÅのAlN
から成るバッファ層２３の多層構造で構成されている。
【００１７】そして、その中間層２の上には、順に、電
子濃度2 ×1018/cm3のシリコンドープGaN から成る高キ
ャリア濃度ｎ+ 層３、電子濃度 2×1018/cm3のシリコン
ドープのAlGaN から成るｎ伝導型のクラッド層４、膜厚
約0.05μｍのInGaN から成る活性層５、ホール濃度１×
1018/cm3、濃度２×1020/cm3にマグネシウムがドープさ
れたAlGaN から成るｐ伝導型のクラッド層６１、ホール
濃度１×1018/cm3、マグネシウム濃度 2×1020/cm3のマ
グネシウムドープのGaN から成るコンタクト層６２が形
成されている。そして、コンタクト層６２上にはSiO2層
９が形成され、SiO2層９の窓部を介してコンタクト層６
２に接合するNiから成る電極７が形成されている。さら
に、高キャリア濃度ｎ+ 層３の上にその層３に接合する
Niから成る電極８が形成されている。
子濃度2 ×1018/cm3のシリコンドープGaN から成る高キ
ャリア濃度ｎ+ 層３、電子濃度 2×1018/cm3のシリコン
ドープのAlGaN から成るｎ伝導型のクラッド層４、膜厚
約0.05μｍのInGaN から成る活性層５、ホール濃度１×
1018/cm3、濃度２×1020/cm3にマグネシウムがドープさ
れたAlGaN から成るｐ伝導型のクラッド層６１、ホール
濃度１×1018/cm3、マグネシウム濃度 2×1020/cm3のマ
グネシウムドープのGaN から成るコンタクト層６２が形
成されている。そして、コンタクト層６２上にはSiO2層
９が形成され、SiO2層９の窓部を介してコンタクト層６
２に接合するNiから成る電極７が形成されている。さら
に、高キャリア濃度ｎ+ 層３の上にその層３に接合する
Niから成る電極８が形成されている。
【００１８】次に、この構造のレーザダイオード１０の
製造方法について説明する。上記レーザダイオード１０
は、上述したM0VPE による気相成長により製造された。
用いられたガスは、NH3 とキャリアガスH2又はN2とTMG
とTMA とトリメチルインジウム(In(CH3)3)（以下「TMI
」と記す) と、シラン(SiH4)とシクロペンタジエニル
マグネシウム(Mg(C5H5)2)(以下「CP2Mg 」と記す）であ
る。
製造方法について説明する。上記レーザダイオード１０
は、上述したM0VPE による気相成長により製造された。
用いられたガスは、NH3 とキャリアガスH2又はN2とTMG
とTMA とトリメチルインジウム(In(CH3)3)（以下「TMI
」と記す) と、シラン(SiH4)とシクロペンタジエニル
マグネシウム(Mg(C5H5)2)(以下「CP2Mg 」と記す）であ
る。
【００１９】まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した
厚さ100 〜400 μｍの単結晶のサファイア基板１をM0VP
E 装置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次
に、常圧でH2を流速2 liter/分で反応室に流しながら温
度1100℃でサファイア基板１を気相エッチングした。
厚さ100 〜400 μｍの単結晶のサファイア基板１をM0VP
E 装置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次
に、常圧でH2を流速2 liter/分で反応室に流しながら温
度1100℃でサファイア基板１を気相エッチングした。
【００２０】次に、温度を 400℃まで低下させて、H2を
20 liter／分、NH3 を10 liter／分、TMA を 1.8×10-5
モル／分で供給してAlN のバッファ層２１を約 500Åの
厚さに形成した。次に、サファイア基板１の温度を1150
℃に保持し、H2を20 liter／分、NH3 を10 liter／分、
TMG を 1.7×10-4ル／分で、４分間供給して、膜厚約0.
3 μｍのGaN から成る単結晶層３１を形成した。
20 liter／分、NH3 を10 liter／分、TMA を 1.8×10-5
モル／分で供給してAlN のバッファ層２１を約 500Åの
厚さに形成した。次に、サファイア基板１の温度を1150
℃に保持し、H2を20 liter／分、NH3 を10 liter／分、
TMG を 1.7×10-4ル／分で、４分間供給して、膜厚約0.
3 μｍのGaN から成る単結晶層３１を形成した。
【００２１】次に、サファイア基板１の温度を、再度、
400℃まで低下させて、バッファ層２１の形成と同一条
件で、 500Åの厚さのAlN から成るバッファ層２２を形
成した。次に、サファイア基板１の温度を、再度、1150
℃に上げて、単結晶層３１の形成と同一条件で、厚さ0.
3 μｍのGaN から成る単結晶層３２を形成した。さら
に、サファイア基板１の温度を、再度、 400℃まで低下
させて、その単結晶層３２の上に、同様に、バッファ層
２３を形成した。
400℃まで低下させて、バッファ層２１の形成と同一条
件で、 500Åの厚さのAlN から成るバッファ層２２を形
成した。次に、サファイア基板１の温度を、再度、1150
℃に上げて、単結晶層３１の形成と同一条件で、厚さ0.
3 μｍのGaN から成る単結晶層３２を形成した。さら
に、サファイア基板１の温度を、再度、 400℃まで低下
させて、その単結晶層３２の上に、同様に、バッファ層
２３を形成した。
【００２２】次に、サファイア基板１の温度を1150℃に
保持し、H2を20 liter／分、NH3 を10 liter／分、TMG
を 1.7×10-4ル／分、H2ガスにより0.86ppm に希釈され
たシランを200ml/分で供給して、膜厚約2.2 μｍ、電子
濃度 2×1018/cm3のシリコンドープのGaN から成る高キ
ャリア濃度ｎ+ 層３を形成した。
保持し、H2を20 liter／分、NH3 を10 liter／分、TMG
を 1.7×10-4ル／分、H2ガスにより0.86ppm に希釈され
たシランを200ml/分で供給して、膜厚約2.2 μｍ、電子
濃度 2×1018/cm3のシリコンドープのGaN から成る高キ
ャリア濃度ｎ+ 層３を形成した。
【００２３】次に、サファイア基板１の温度を1100℃に
保持し、N2又はH2を10 liter／分、NH3 を10 liter／
分、TMG を1.12×10-4モル／分、TMA を0.47×10-4モル
／分、及び、H2ガスにより0.86ppm に希釈されたシラン
を10×10-9mol/分で供給して、濃度２×1018/cm3のシリ
コンドープのAlGaN から成るｎ伝導型のクラッド層４を
形成した。
保持し、N2又はH2を10 liter／分、NH3 を10 liter／
分、TMG を1.12×10-4モル／分、TMA を0.47×10-4モル
／分、及び、H2ガスにより0.86ppm に希釈されたシラン
を10×10-9mol/分で供給して、濃度２×1018/cm3のシリ
コンドープのAlGaN から成るｎ伝導型のクラッド層４を
形成した。
【００２４】続いて、温度を850 ℃に保持し、N2又はH2
を20 liter／分、NH3 を10 liter／分、TMG を1.53×10
-4モル／分、及び、TMI を0.02×10-4モル／分で供給し
て、0.05μｍのInGaN から成る活性層５を形成した。
を20 liter／分、NH3 を10 liter／分、TMG を1.53×10
-4モル／分、及び、TMI を0.02×10-4モル／分で供給し
て、0.05μｍのInGaN から成る活性層５を形成した。
【００２５】続いて、温度を1100℃に保持し、N2又はH2
を20 liter／分、NH3 を10 liter／分、TMG を1.12×10
-4モル／分、TMA を0.47×10-4モル／分、及び、CP2Mg
を2×10-4モル／分で供給して、マグネシウム(Mg)ドー
プのAlGaN から成るｐ伝導型のクラッド層６１を形成し
た。クラッド層６１のマグネシウムの濃度は２×1020/c
m3である。この状態では、クラッド層６１は、まだ、抵
抗率108 Ωcm以上の絶縁体である。
を20 liter／分、NH3 を10 liter／分、TMG を1.12×10
-4モル／分、TMA を0.47×10-4モル／分、及び、CP2Mg
を2×10-4モル／分で供給して、マグネシウム(Mg)ドー
プのAlGaN から成るｐ伝導型のクラッド層６１を形成し
た。クラッド層６１のマグネシウムの濃度は２×1020/c
m3である。この状態では、クラッド層６１は、まだ、抵
抗率108 Ωcm以上の絶縁体である。
【００２６】続いて、温度を1100℃に保持し、N2又はH2
を20 liter／分、NH3 を10 liter／分、TMG を1.12×10
-4モル／分、及び、CP2Mg を 4×10-4モル／分で供給し
て、膜厚約0.2 μｍのマグネシウム(Mg)ドープのGaN か
ら成るコンタクト層６２を形成した。コンタクト層６２
のマグネシウムの濃度は 2×1020/cm3である。この状態
では、コンタクト層６２は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上
の絶縁体である。
を20 liter／分、NH3 を10 liter／分、TMG を1.12×10
-4モル／分、及び、CP2Mg を 4×10-4モル／分で供給し
て、膜厚約0.2 μｍのマグネシウム(Mg)ドープのGaN か
ら成るコンタクト層６２を形成した。コンタクト層６２
のマグネシウムの濃度は 2×1020/cm3である。この状態
では、コンタクト層６２は、まだ、抵抗率108 Ωcm以上
の絶縁体である。
【００２７】次に、電子線照射により、コンタクト層６
２、クラッド層６１は、ホール濃度１×1018/cm3、抵抗
率 2Ωcmのｐ伝導型半導体となった。このようにして、
多層構造のウエハが得られた。
２、クラッド層６１は、ホール濃度１×1018/cm3、抵抗
率 2Ωcmのｐ伝導型半導体となった。このようにして、
多層構造のウエハが得られた。
【００２８】次に、コンタクト層６２の上に、スパッタ
リングによりSiO2層９を2000Åの厚さに形成し、そのSi
O2層９上にフォトレジストを塗布した。そして、フォト
リソグラフにより、コンタクト層６２上において、高キ
ャリア濃度ｎ+ 層３に対する電極形成部位のフォトレジ
ストを除去した。次に、フォトレジストによって覆われ
ていないSiO2層９をフッ化水素酸系エッチング液で除去
した。
リングによりSiO2層９を2000Åの厚さに形成し、そのSi
O2層９上にフォトレジストを塗布した。そして、フォト
リソグラフにより、コンタクト層６２上において、高キ
ャリア濃度ｎ+ 層３に対する電極形成部位のフォトレジ
ストを除去した。次に、フォトレジストによって覆われ
ていないSiO2層９をフッ化水素酸系エッチング液で除去
した。
【００２９】次に、フォトレジスト及びSiO2層９によっ
て覆われていない部位のコンタクト層６２、クラッド層
６１、活性層５、クラッド層４を、真空度0.04Torr、高
周波電力0.44W/cm2 、BCl3ガスを10 ml/分の割合で供給
しドライエッチングした後、Arでドライエッチングし
た。この工程で、高キャリア濃度ｎ+ 層３に対する電極
取出しのための孔Ａが形成された。
て覆われていない部位のコンタクト層６２、クラッド層
６１、活性層５、クラッド層４を、真空度0.04Torr、高
周波電力0.44W/cm2 、BCl3ガスを10 ml/分の割合で供給
しドライエッチングした後、Arでドライエッチングし
た。この工程で、高キャリア濃度ｎ+ 層３に対する電極
取出しのための孔Ａが形成された。
【００３０】次に、SiO2層９に対して、フォトレジスト
の塗布、フォトリソグラフィ工程、湿式エッチングを行
い、SiO2層９のコンタクト層６２の電極形成部位に窓を
形成した。
の塗布、フォトリソグラフィ工程、湿式エッチングを行
い、SiO2層９のコンタクト層６２の電極形成部位に窓を
形成した。
【００３１】次に、試料の上全面に、一様にNiを蒸着
し、フォトレジストの塗布、フォトリソグラフィ工程、
エッチング工程を経て、高キャリア濃度ｎ+ 層３及びコ
ンタクト層６２に対する電極８，７を形成した。その
後、上記の如く処理されたウエハをレーザのキャビティ
の長さ方向に短冊状に切断し、その方向に直角にへき開
してレーザダイオードチップを形成した。
し、フォトレジストの塗布、フォトリソグラフィ工程、
エッチング工程を経て、高キャリア濃度ｎ+ 層３及びコ
ンタクト層６２に対する電極８，７を形成した。その
後、上記の如く処理されたウエハをレーザのキャビティ
の長さ方向に短冊状に切断し、その方向に直角にへき開
してレーザダイオードチップを形成した。
【００３２】このように中間層２を低温成長のAlN から
成るバッファ層の多重層とすることで、高キャリア濃度
ｎ+ 層３、クラッド層４、活性層５、クラッド層６１、
コンタクト層６２の結晶性を向上させることができた。
成るバッファ層の多重層とすることで、高キャリア濃度
ｎ+ 層３、クラッド層４、活性層５、クラッド層６１、
コンタクト層６２の結晶性を向上させることができた。
【００３３】尚、中間層２は、製造方法の実施例で示し
たように、種種の変形が考えられる。又、上記の実施例
では、活性層５の構造をInGaN の単層としたが、それぞ
れ、厚さが100 ÅのInGaN とGaN とで構成された多重量
子井戸構造でも良い。活性層５の厚さは100 〜1000Åで
ある。本実施例では、レーザダイオードについて説明し
たが、発光ダイオード、受光素子等の光素子を含む各種
のGaN 系電子デバイスに適用できることは言うまでもな
い。
たように、種種の変形が考えられる。又、上記の実施例
では、活性層５の構造をInGaN の単層としたが、それぞ
れ、厚さが100 ÅのInGaN とGaN とで構成された多重量
子井戸構造でも良い。活性層５の厚さは100 〜1000Åで
ある。本実施例では、レーザダイオードについて説明し
たが、発光ダイオード、受光素子等の光素子を含む各種
のGaN 系電子デバイスに適用できることは言うまでもな
い。
【００３４】又、クラッド層４、６１、活性層５は、一
般的に、AlxGayIn1-x-yNでも良い。組成比ｘ：ｙ：１−
ｘ−ｙはレーザの発振波長に応じて決定される。
般的に、AlxGayIn1-x-yNでも良い。組成比ｘ：ｙ：１−
ｘ−ｙはレーザの発振波長に応じて決定される。
【００３５】ｐ型化は、電子線照射の他、熱処理、N2プ
ラズマガス中での熱処理、レーザ照射により行うことが
できる。
ラズマガス中での熱処理、レーザ照射により行うことが
できる。
【図１】本発明の具体的な実施例に係る製造方法を示し
た半導体層の断面図。
た半導体層の断面図。
【図２】本発明の具体的な実施例に係るレーザダイオー
ドの構成を示した構成図。
ドの構成を示した構成図。
１０…レーザダイオード １…サファイア基板 ２…中間層 ２１，２２，２３…バッファ層 ３１，３２…単結晶層 ３…高キャリア濃度ｎ+ 層 ４…クラッド層 ５…活性層 ６１…クラッド層 ６２…コンタクト層 ７，８…電極 ９…SiO2層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永井 誠二 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 (72)発明者 山崎 史郎 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 (72)発明者 小池 正好 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 (72)発明者 森 茂雄 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 (72)発明者 赤崎 勇 愛知県名古屋市西区浄心１丁目１番38− 805 (72)発明者 天野 浩 愛知県名古屋市名東区山の手２丁目104 宝マンション山の手508号
Claims (11)
- 【請求項１】 異種物質の基板上に３族窒化物半導体(A
lxGaYIn1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=0 を含む) を成長させる方
法において、 前記基板上に単結晶が成長しない温度でAlx1GaY1In
1-X1-Y1N(0≦X1≦1, 0≦Y1≦1, 0≦X1+Y1 ≦1)を形成し
たバッファ層と、単結晶が成長する温度でAlx2GaY2In
1-X2-Y2N(0≦X2≦1, 0≦Y2≦1, 0≦X2+Y2 ≦1,X1=X2,Y1
=Y2 を含む) を形成した単結晶層とを交互に３層以上積
層させ、その上に単結晶が成長する温度で目的とするAl
x3GaY3In1-X3-Y3N(0≦X3≦1, 0≦Y3≦1, 0≦X3+Y3≦1,
X1又はX2=X3, Y1又はY2=Y3 を含む) から成る層を形成
したことを特徴とする３族窒化物半導体の製造方法。 - 【請求項２】 前記バッファ層の厚さは１００〜１００
０Åであり、前記単結晶層の厚さは５００〜３０００Å
であることを特徴とする請求項１に記載の３族窒化物半
導体の製造方法。 - 【請求項３】 前記バッファ層の成長温度は３５０〜８
００℃であることを特徴とする請求項１に記載の３族窒
化物半導体の製造方法。 - 【請求項４】 前記バッファ層はAlN であり、前記単結
晶層はGaN であることを特徴とする請求項１に記載の３
族窒化物半導体の製造方法。 - 【請求項５】 前記基板は、サファイア又はSiC である
ことを特徴とする請求項１に記載の３族窒化物半導体の
製造方法。 - 【請求項６】 異種物質の基板上に形成した３族窒化物
半導体(AlxGaYIn1-X-YN;X=0,Y=0,X=Y=0 を含む) を素子
層とした半導体素子において、 前記基板と前記素子層との間に、 前記基板上に単結晶が成長しない温度で形成されたAlx1
GaY1In1-X1-Y1N(0≦X1≦1, 0≦Y1≦1, 0≦X1+Y1 ≦1)か
ら成るバッファ層と、単結晶が成長する温度で形成され
たAlx2GaY2In1-X2-Y2N(0≦X2≦1, 0≦Y2≦1, 0≦X2+Y2
≦1,X1=X2,Y1=Y2 を含む) から成る単結晶層とを交互に
３層以上積層させた中間層が介在されていることを特徴
とする半導体素子。 - 【請求項７】 前記バッファ層の厚さは１００〜１００
０Åであり、前記単結晶層の厚さは５００〜３０００Å
であることを特徴とする請求項６に記載の半導体素子。 - 【請求項８】 前記バッファ層の成長温度は３５０〜８
００℃であることを特徴とする請求項６に記載の半導体
素子。 - 【請求項９】 前記バッファ層はAlN であり、前記単結
晶層はGaN であることを特徴とする請求項６に記載の半
導体素子。 - 【請求項１０】 前記基板は、サファイア又はSiC であ
ることを特徴とする請求項６に記載の半導体素子。 - 【請求項１１】 前記素子層は光素子の基底層であるこ
とを特徴とする請求項６に記載の半導体素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2585296A JP3712770B2 (ja) | 1996-01-19 | 1996-01-19 | ３族窒化物半導体の製造方法及び半導体素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2585296A JP3712770B2 (ja) | 1996-01-19 | 1996-01-19 | ３族窒化物半導体の製造方法及び半導体素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09199759A true JPH09199759A (ja) | 1997-07-31 |
| JP3712770B2 JP3712770B2 (ja) | 2005-11-02 |
Family
ID=12177372
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2585296A Expired - Fee Related JP3712770B2 (ja) | 1996-01-19 | 1996-01-19 | ３族窒化物半導体の製造方法及び半導体素子 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3712770B2 (ja) |
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- 1996-01-19 JP JP2585296A patent/JP3712770B2/ja not_active Expired - Fee Related
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