JPH10214999A

JPH10214999A - Ｉｉｉ−ｖ族窒化物半導体素子

Info

Publication number: JPH10214999A
Application number: JP3123897A
Authority: JP
Inventors: Toru Kachi; 徹加地; Kazuyoshi Tomita; 一義冨田; Kenji Ito; 健治伊藤
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1997-01-30
Filing date: 1997-01-30
Publication date: 1998-08-11

Abstract

(57)【要約】【課題】特定のバッファ層を有することにより、結晶
欠陥が少ない高品質の半導体層を含むIII−Ｖ族窒化物
半導体素子を提供する。【解決手段】 III−Ｖ族窒化物半導体素子は、基板
１、該基板１上に形成されたバッファ層２０、および該
バッファ層２０上に形成された、複数のIII−Ｖ族窒化
物半導体層からなる堆積層３０を有する。前記バッファ
層２０は、少なくとも、Ｉｎ_xＧａ_1-XＮ（０＜ｘ≦１）
で表されるIII−Ｖ族窒化物半導体、たとえばＩｎＮか
らなる第１バッファ層２、およびこの第１バッファ層よ
り上にあって、Ａｌ_yＧａ_1-yＮ（０≦ｙ≦１）で表され
るIII−Ｖ族窒化物半導体、たとえばＧａＮからなる第
２バッファ層３を含む。堆積層３０は、たとえばレーザ
構造を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオード、
レーザ等の発光デバイス、パワーデバイス、高周波デバ
イス等の電子デバイスに使用されるIII−Ｖ族窒化物半
導体からなる半導体素子に関し、特に、基板上にバッフ
ァ層を介してIII−Ｖ族窒化物半導体の結晶を成長させ
た半導体素子に関する。

【０００２】

【背景技術】III−Ｖ族窒化物半導体は、ＧａＮ、Ａｌ
Ｎ、ＩｎＮ、ＢＮなどの２元系以外に、ＡｌＧａＮ、Ｉ
ｎＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＡｌＢＮなどの３
元以上の多元混晶も可能であり、広い範囲でバンドギャ
ップを制御できるため、発光素子等に有用な半導体材料
として知られている。また熱的安定性、高耐圧性などに
優れることから、パワーデバイス、高周波デバイス等へ
の適用も検討されている。

【０００３】この材料系は、バルク単結晶が得られない
ため、一般に半導体層と化学的に異なる異種基板上に結
晶成長させて利用される。このような基板としてはサフ
ァイア、ＳｉＣなどが使用されることが多いが、基板と
III−Ｖ族窒化物半導体の単結晶とにおいて格子定数や
熱膨張係数の差があるため、基板上に直接高品質の結晶
を成長させるのが困難であった。

【０００４】基板とIII−Ｖ族窒化物半導体の単結晶と
の格子不整合の影響を緩和するために、基板上に極薄膜
のアモルファスまたは多結晶のＡｌＮまたはＧａＮを低
温で堆積し、それをバッファ層としてその上にIII−Ｖ
族窒化物半導体を成長させる方法が知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このようなバッファ層
を用いた成長技術で良質な単結晶が得られるようにな
り、高輝度ＬＥＤなどが製造されるようになった。しか
し、基板との格子不整合および熱膨張係数の違いに起因
する半導体層の結晶欠陥は、従来のＡｌＮまたはＧａＮ
からなるバッファ層を用いても十分に緩和されず、１０
⁹〜１０¹⁰個／ｃｍ²程度の高い密度で半導体層のなかに
存在している。これらの結晶欠陥は、発光素子などのデ
バイスの信頼性や寿命に悪影響を及ぼし、またパワーデ
バイス等の電子デバイスにおいては性能低下の原因とな
る。従って結晶欠陥の少ない結晶を基板上に成長させる
ことは非常に重要であり、これが実現できれば窒化物半
導体から成るあらゆるデバイスの性能を向上できる。

【０００６】本発明はこうした事情を鑑みなされたもの
で、有機金属化学的気相成長法（ＭＯＣＶＤ）などの方
法で異種基板上にIII−Ｖ族窒化物半導体を結晶成長さ
せてなる半導体素子において、特定のバッファ層を有す
ることにより、結晶欠陥が少ない高品質の半導体層を含
むIII−Ｖ族窒化物半導体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】上記課題を解決するため
に、本発明はつぎのような構成を採用している。即ち、
本発明は、基板、該基板上に形成されたバッファ層、お
よび該バッファ層上に形成された、複数のIII−Ｖ族窒
化物半導体層を含み、前記バッファ層は、少なくとも、
Ｉｎ_xＧａ_1-XＮ（０＜ｘ≦１）で表されるIII−Ｖ族窒
化物半導体からなる第１バッファ層、およびこの第１バ
ッファ層より上にあって、Ａｌ_yＧａ_1-yＮ（０≦ｙ≦
１）で表されるIII−Ｖ族窒化物半導体を主成分とする
第２バッファ層を含むことを特徴とする。

【０００８】本発明においては、前記第１バッファ層
は、その厚さが１０〜１００ｎｍであることが好まし
い。また、前記第２バッファ層は、その厚さが１０〜１
００ｎｍであることが望ましい。第１および第２バッフ
ァ層が前記範囲の厚さを有することにより、堆積したと
きアモルファス状態のバッファ層が基板温度をバッファ
層の堆積温度からＧａＮ層の成長温度まで上昇する過程
で、配向性を持った結晶へと効果的に変化させることが
できる点で好ましい。

【０００９】本発明においては、バッファ層として前記
第１バッファ層を含むことにより、バッファ層上に形成
されるIII−Ｖ族窒化物半導体からなるエピタキシャル
結晶層（以下、単に「半導体層」ともいう）における結
晶欠陥の発生を大幅に抑制することができる。本発明の
このような作用効果は、以下のメカニズムによって得ら
れるものと考えられる。

【００１０】低温で成長させたバッファ層はアモルファ
ス状態にあり、単結晶の成長温度まで基板温度を上昇さ
せる過程で固相エピタキシャル成長により、配向性など
基板の性質を反映しつつ結晶化する。このバッファ層
は、そのうえの結晶成長に対し、成長の核を提供すると
同時に原子の配向性を促し、異種基板での高品質のエピ
タキシャル結晶層の成長を可能にしている。しかし、前
述したように、こうした機能を有するバッファ層だけで
はエピタキシャル結晶層に多くの結晶欠陥が含まれる。

【００１１】異種基板上のバッファ層を介したエピタキ
シャル結晶層の成長において導入される欠陥のほとんど
は転位であり、大きく分けてつぎの二つの過程で導入さ
れる。すなわち結晶成長の途上に格子不整合によるひず
みのために導入されるミスフィット転位と、結晶成長後
の冷却過程において熱膨張係数の違いに起因する熱ひず
みによって導入される転位である。

【００１２】このうちミスフィット転位は、高温におけ
る成長過程で大部分が緩和されるので、室温において観
測される転位は、ほとんどが熱ひずみによるものと考え
られる。したがって、基板と半導体層とのあいだの熱ひ
ずみを冷却過程においてバッファ層によって緩和できれ
ば、結晶成長層の転位を低減することができる。そし
て、バッファ層において基板と半導体層との間の熱ひず
みを緩和するためには、バッファ層が適度に柔らかく、
変形することによってひずみを吸収できればよい。

【００１３】本願発明者らは、種々の物質を検討した結
果、基板直上の第１バッファ層の材質としてＩｎ_xＧａ
_1-xＮ（０＜ｘ≦１、より好ましくは０．５＜ｘ≦１）
で示されるIII−Ｖ族窒化物半導体が適していることを
見いだした。

【００１４】冷却過程における転位の導入は、結晶成長
温度から室温までのすべての温度領域で発生するのでは
なく、結晶の温度が転位のすべり運動を起こさせるのに
十分高い間、すなわち冷却過程の初期に起きると考えら
れる。III−Ｖ族窒化物半導体の結晶成長温度は一般に
７００〜１１００℃であるが、ＩｎＮの融点は約１１０
０℃で結晶成長温度に近い値となっている。従って、Ｉ
ｎ_xＧａ_1-xＮを第１バッファ層に用いた結晶成長では、
Ｉｎ_xＧａ_1-xＮ（０＜ｘ≦１）の融点がＧａの組成の増
加により上昇すると考えられるが、Ｉｎの組成の大きな
Ｉｎ_xＧａ_1-xＮを用いれば、第１バッファ層の融点近く
で半導体層の結晶成長を行わせることができる。すなわ
ち、結晶成長温度および冷却過程の初期の温度領域で
は、第１バッファ層を構成するＩｎ_xＧａ_1-xＮは融点に
近いため原子同士の結合が緩く、第１バッファ層は柔ら
かく保たれる。従って、Ｉｎ_xＧａ_1-xＮを第１バッファ
層に用いることで、熱ひずみによる転位の発生が起きや
すい温度領域での熱ひずみを、効果的に緩和することが
できると考えられる。

【００１５】さらに、本発明においては、前記第１バッ
ファ層の上に、融点の高い第２バッファ層を設けること
により、第１バッファ層を構成する物質の蒸発を防止
し、第１バッファ層を均一で安定な状態に保つことがで
きる。すなわち、Ｉｎは蒸発しやすいため、第１バッフ
ァ層の形成後、結晶成長温度まで基板温度を上昇させた
場合、第バッファ層は均一な組成および膜厚を保つこと
が困難である。そこで、第１バッファ層の蒸発防止用の
第２バッファ層を形成することが必要となる。第２バッ
ファ層は、融点の高いＡｌ_yＧａ_1-yＮ（０≦ｙ≦１）が
最適であるが、上記第２バッファ層の機能を阻害しない
範囲で他の成分、たとえばＩｎを含んでいても良い。

【００１６】本発明によれば、熱ひずみを緩和するため
の第１バッファ層と、第１バッファ層の蒸発を防止する
ための第２バッファ層とを含むバッファ層を有すること
により、転位密度の少ないIII−Ｖ族窒化物半導体層を
形成することができる。

【００１７】また、前記第１バッファ層は、その成長温
度を４００〜７００℃、より好ましくは５００〜６５０
℃に設定することが望ましい。また、前記第２バッファ
層は、その成長温度を４００〜７００℃、より好ましく
は５００〜６５０℃に設定することが望ましい。第１お
よび第２バッファ層の成長温度を前記範囲に設定するこ
とにより、原料の熱分解を確保するとともに、平坦性の
よい均一なアモルファス層を形成できる点で好ましい。

【００１８】基板によっては、Ｉｎ組成の大きなＩｎＧ
ａＮは基板表面で粒状に凝縮し、薄膜として形成しにく
いものがある。たとえばＳｉＣを基板とした場合、Ｉｎ
ＧａＮからなるバッファ層を直接基板上に形成すること
ができない。こうした基板を用いる場合には、基板と前
記第１バッファ層との間に第３バッファ層を形成するこ
とが望ましい。第３バッファ層としては、Ｉｎを含まな
いＡｌ_zＧａ_1-zＮ（０≦ｚ≦１）が好ましい。

【００１９】この場合には、まず、基板上に第３バッフ
ァ層としてＡｌ_zＧａ_1-zＮ（０≦ｚ≦１）を低温で形成
し、温度をいったん結晶成長温度まで上昇させて第３バ
ッファ層を単結晶化し、再度降温して第１バッファ層と
してＩｎ_xＧａ_1-xＮ（０＜ｘ≦１）、および第２バッフ
ァ層としてＡｌ_yＧａ_1-yＮ（０≦ｙ≦１）を形成し、さ
らに結晶成長温度まで温度を上昇させ、上層のIII−Ｖ
族窒化物半導体を成長させる。第１および第２バッファ
層の機能は前述の発明の場合と同じである。こうした少
なくとも３層構造のバッファ層を採用することにより、
ＩｎＧａＮからなる第１バッファ層を直接形成できない
基板においても、転位密度の少ないIII−Ｖ族窒化物半
導体層を成長させることができる。なお、前記第３バッ
ファ層は、その成長温度を４００〜７００℃、より好ま
しくは５００〜６５０℃に設定することが望ましい。

【００２０】本発明は、各種のIII−Ｖ族窒化物半導体
素子に適用することができ、たとえばIII−Ｖ族窒化物
半導体層の構成を選択することにより、発光ダイオー
ド、レーザ等の発光デバイス、およびパワーデバイス、
高周波デバイス等の電子デバイスに適用することができ
る。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００２２】（第１の実施の形態）図１は、本発明を半
導体レーザに適用した場合の半導体素子の断面図であ
る。

【００２３】本実施の形態に係る半導体レーザは、サフ
ァイア基板１、このサファイア基板１上に形成されたバ
ッファ層２０、およびバッファ層２０上に形成された複
数の半導体層からなる堆積部３０を含んで構成される。

【００２４】前記バッファ層２０は、ＩｎＮからなる第
１バッファ層２と、ＧａＮからなる第２バッファ層３と
から構成されている。そして、前記半導体層の堆積部３
０は、ｎ型ＧａＮ層４、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５、
ｎ型ＧａＮガイド層６、ＧａＮ／ＩｎＧａＮ多重量子井
戸活性層７、ｐ型ＧａＮガイド層８、ｐ型ＡｌＧａＮク
ラッド層９およびｐ型ＧａＮコンタクト層１０から構成
されている。

【００２５】前記ｐ型ＧａＮコンタクト層１０において
は、電流狭窄部として機能するイオン注入部１０ａ，１
０ｂが形成されている。そして、前記ｎ型ＧａＮ層４の
上にはｎ側電極１２が形成され、前記ｐ型ＧａＮコンタ
クト層１０の上にはｐ側電極１１が形成されている。

【００２６】図１に示す半導体レーザは、たとえば以下
の方法によって形成される。

【００２７】単結晶Ａ面サファイア基板１の上に、Ｉｎ
Ｎ第１バッファ層２（３０ｎｍ）と、蒸発防止用ＧａＮ
第２バッファ層３（２０ｎｍ）を基板温度６００℃で形
成した。これらの層の形成後、基板温度を１０５０℃ま
で上昇させ、Ｓｉがドープされたｎ型ＧａＮ層４（２μ
ｍ）、Ｓｉがドープされたｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５
（１μｍ）、Ｓｉがドープされたｎ型ＧａＮガイド層６
（０．５μｍ）を成長させ、さらに基板温度を８００℃
まで下降させ、ＧａＮの障壁層（５ｎｍ）およびＩｎ
_0.2Ｇａ_0.8Ｎの井戸層（３ｎｍ）から成る５層の多重量
子井戸活性層７を形成した。多重量子井戸活性層７の形
成後、再び基板温度を１０５０℃に上昇させ、Ｍｇがド
ープされたｐ型ＧａＮガイド層８（０．５μｍ）、Ｍｇ
がドープされたｐ型ＡｌＧａＮクラッド層９（１μ
ｍ）、Ｍｇがドープされたｐ型ＧａＮコンタクト層１０
（１μｍ）を順次成長させた。

【００２８】これらの層構造が形成された後、ｐ型Ｇａ
Ｎコンタクト層１０の上に、３μｍ幅のレジストマスク
をｐ側電極が形成される領域の中央に位置するように形
成し、イオン注入装置でＮ⁺イオンを注入し、イオン注
入部１０ａ，１０ｂを形成した。これによりマスクされ
ていないｐ型ＧａＮコンタクト層が深さ約１μｍにまで
高抵抗化され、マスク直下のみにおいて導電性が保たれ
る。このイオン注入工程を行うことにより、活性層を流
れる電流の幅を５μｍ以下に狭窄化できる。

【００２９】その後、ｐ側電極が形成される部分をマス
クして、ＣｌとＢＣｌ₃を反応ガスとした反応性イオン
エッチング法でエッチングし、ｎ型ＧａＮ層４の一部を
露出させた。これらの工程を経た後、ｐ型ＧａＮコンタ
クト層１０上にｐ側電極１１を、ｎ型ＧａＮ層４上にｎ
側電極１２をそれぞれ形成した。

【００３０】このようにして形成された構造の半導体レ
ーザは、ＩｎＮ第１バッファ層２の働きで上部に形成さ
れる半導体層の熱歪みが緩和されるため、レーザ構造を
構成する半導体層に転位が発生することが防止され、し
たがって高品質の結晶でレーザ構造が形成できるため、
長寿命で信頼性が高い。

【００３１】（実験例）次に、図２に示す試料を作成
し、結晶性の評価を行った実験例について述べる。

【００３２】図２に示す試料は、サファイア基板１、第
１バッファ層２、第２バッファ層３およびｎ型ＧａＮ層
４から構成されている。

【００３３】この試料を作成するために用いたＭＯＣＶ
Ｄ装置の概略構成図を図３に示す。図３中、４５は石英
製の水冷反応管であり、この反応管４５内にはライナー
管４８およびカーボン製のサセプタ４９、熱電対４１が
設置され、反応管４５の周囲には加熱用高周波コイル４
７が設置されている。反応ガスはガス導入口４６から反
応管４５に導入され、排気口４２から排気される。原料
ガスとしては、Ｇａ原料としてトリメチルガリウム（Ｔ
ＭＧ）、Ｉｎ原料としてトリメチルインジウム（ＴＭ
Ｉ）、窒素原料としてＮＨ₃を用いる。

【００３４】次に、図２に示す試料の作製方法を説明す
る。まず、図３に示すＭＯＣＶＤ装置のサセプタ４９の
上に基板１を置き、排気口４２をロータリーポンプにつ
ないで配管内を排気する。次に反応管４５に高純度水素
を大気圧まで導入し、配管内の雰囲気を水素に置換す
る。その後排気口４２をガス燃焼塔につなぎ、反応管４
５内に水素を毎分４リットル流す。次いで、基板１を水
素中で１１５０℃に加熱し、表面を清浄化する。次い
で、基板温度を５８０℃に低下させた後、水素ガスを窒
素ガスに切り替えるとともにＮＨ₃ガスを反応管４５内
に導入し、さらにＴＭＩを４μｍｏｌ／分の流量で、Ｔ
ＭＧを１０μｍｏｌ／分の流量でそれぞれ３０秒間順次
導入して、基板１上にＩｎＮ第１バッファ層２、ＧａＮ
第２バッファ層３を形成する。バッファ層２，３を形成
後、ＮＨ₃ガスを流した状態で基板温度を１０３０℃に
上昇させ、温度が安定した後ＴＭＧを１０μｍｏｌ／分
の流量で反応管４５内に導入してｎ型ＧａＮ層４を成長
させる。

【００３５】このようにして形成されたＧａＮウエハを
溶融ＫＯＨの中にいれ、表面をエッチングし、表面に現
れるエッチピットの数を測定した。さらに、図２と同じ
構成でＧａＮ層４の厚さを変えて成長させた複数の試料
の結晶層のエッチピット密度を測定した。測定の結果得
られた、ＧａＮ層の厚さとエッチピット密度との関係を
図４に示す。

【００３６】エッチピット密度は結晶に含まれる転位な
どの欠陥を反映しており、エッチピット密度を比較する
ことで、結晶性の評価を行うことができる。図４に、従
来のＡｌＮバッファ層を用いて成長させたＧａＮ層のエ
ッチピット密度も同時に示す。図４から、本発明による
バッファ層を有する試料のほうが従来のバッファ層を有
する試料より約２桁エッチピット密度が低いことがわか
る。

【００３７】図５に、ＩｎＮ第１バッファ層２の厚さが
異なり、かつアンドープＧａＮ層４（厚さ２μｍ）を有
する複数の試料について求めた、第１バッファ層の厚さ
と移動度との関係を示す。参考のため、図５に、従来使
用されているＡＩＮバッファ層を用いて成長させたＧａ
Ｎ層の移動度も矢印で示す。

【００３８】図５から、第１バッファ層の厚さが２０〜
５０ｎｍのすべての領域で、本発明によるＧａＮ層の移
動度が従来のものより優れていることがわかる。これは
本発明による第１バッファ層が効果的に熱ひずみを緩和
し、半導体層中への欠陥の導入が減少したことによると
考えられる。

【００３９】（第２の実施の形態）図６は、本発明の第
２の実施の形態に係る半導体素子の要部を示す断面図で
ある。この実施の形態は、ＩｎＮ第１バッファ層を直接
基板上に形成できない場合についての例であり、基板１
３上に、第３バッファ層１４、第１バッファ層２、第２
バッファ層３およびｎ型ＧａＮ層４を有する。その他の
半導体層および電極等は、前記第１の実施の形態と同様
なので、図示および詳細な説明を省略する。

【００４０】前記基板１３としては、Ｃ面の６Ｈ−Ｓｉ
Ｃを用いている。この基板では、ＩｎＮ第１バッファ層
２を前述した条件で形成しようとしても、ＩｎＮが粒状
に形成されバッファ層として利用できない。

【００４１】本実施の形態に係る半導体素子は、たとえ
ば以下の工程で製造することができる。まず、基板１３
上にＧａＮ第３バッファ層１４を６００℃にて形成し、
次に結晶成長温度である１０５０℃まで基板温度を上昇
させ、再度基板温度を５８０℃に下降させ、その後、前
記第１の実施の形態で述べた工程と同様の工程で、第１
バッファ層２、第２バッファ層３およびＧａＮ層４を成
長させることができる。以降の工程は、前記第１の実施
の形態と同様であるので、説明を省略する。

【００４２】また、前記第１の実施の形態で述べた実験
と同様にして、基板１３、第３バッファ層１４、第１バ
ッファ層２、第２バッファ層３およびｎ型ＧａＮ層４を
有する試料について結晶層のエッチピット密度を測定し
たところ、１０⁴個／ｃｍ²以下の格段に少ないエッチピ
ット密度であることが確認できた。

【００４３】（第３の実施の形態）図７は、本発明の第
３の実施の形態に係る半導体素子の要部を示す断面図で
ある。この実施の形態では、第２バッファ層の構造が前
記第１の実施の形態を異なる。具体的には、基板１上
に、第１バッファ層２、第２バッファ層１５およびｎ型
ＧａＮ層４を有する。その他の半導体層および電極等
は、前記第１の実施の形態と同様なので、図示および詳
細な説明を省略する。

【００４４】本実施の形態においては、第１バッファ層
および第２バッファ層は異なる化合物であるため両者の
間には格子定数のミスマッチが存在することを考慮し、
このミスマッチによるひずみの影響を低減するために、
第２バッファ層１５の組成を厚さ方向に変化させてい
る。つまり、第２バッファ層１５は、第１バッファ層２
に含まれるＩｎを少なくとも第１バッファ層２との界面
付近で含む。たとえば、第２バッファ層１５に含まれる
Ｉｎは、第１バッファ層２との界面からｎ型ＧａＮ層４
との界面付近まで連続的に存在し、かつＩｎの濃度は第
１バッファ層２との界面付近で大きく、ｎ型ＧａＮ層４
との界面付近では小さく、もしくはゼロとなるように設
定されることが望ましい。要するに、第２バッファ層１
５におけるＩｎの濃度およびそのプロファイルは、第１
バッファ層２を構成するＩｎが蒸発することによってそ
の膜厚が変化することがない程度に設定される。

【００４５】本実施の形態に係る半導体素子は、たとえ
ば図３に示すＭＯＣＶＤ装置を用いて、以下の工程で製
造することができる。まず、ＴＭＩを４μｍｏｌ／分、
ＮＨ₃ガスを４リットル／分の流量で流し、基板温度５
８０℃として、基板１上にＩｎＮ第１バッファ層２を膜
厚３０ｎｍで形成する。その後、１分間にわたって、Ｔ
ＭＩの流量を４μｍｏｌ／分から０μｍｏｌ／分に、Ｔ
ＭＧの流量を０μｍｏｌ／分から１０μｍｏｌ／分に、
徐々に変化させ、かつＮＨ₃ガスを４リットル／分の流
量で流し、基板温度５８０℃として、第１バッファ層２
上に第２バッファ層１５を膜厚４０ｎｍで形成する。次
に結晶成長温度である１０５０℃まで基板温度を上昇さ
せ、その後、前記第１の実施の形態で述べた工程と同じ
工程でＧａＮ層４を成長させることができる。以降の工
程は、前記第１の実施の形態と同様であるので、説明を
省略する。

【００４６】また、前記第１の実施の形態で述べた実験
と同様にして、基板１、第１バッファ層２、第２バッフ
ァ層１５およびｎ型ＧａＮ層４を有する試料について結
晶層のエッチピット密度を測定したところ、１０⁴個／
ｃｍ²以下の格段に少ないエッチピット密度であること
が確認できた。

【００４７】以上、本発明の実施の形態について述べた
が、本発明はこれらに限定されず、種々の改変が可能で
ある。たとえば、半導体素子の機能部分はレーザに限定
されず、各種のIII−Ｖ族窒化物半導体素子に適用する
ことができ、III−Ｖ族窒化物半導体層の構成を選択す
ることにより、発光ダイオード等の発光デバイス、およ
びパワーデバイス、高周波デバイス等の電子デバイスに
適用することができる。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば、III−Ｖ族窒化物半導
体の結晶成長層の欠陥密度を従来に比べ格段に減少する
ことができ、結果的に電気的特性、特に移動度の高い高
品質なIII−Ｖ族窒化物半導体層の成長が可能となる。
これにより、本発明に係る発光デバイスおよび電子デバ
イスなどの半導体素子の性能、信頼性の向上が可能とな
る。

【００４９】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した、第１の実施の形態に係る半
導体レーザの断面図である。

【図２】第１の実施の形態に係る実験に用いられる試料
の断面図である。

【図３】図２に示す試料の結晶成長に使用したＭＯＣＶ
Ｄ装置の概略構成図である。

【図４】図２に示す試料によって得られた、ＧａＮ層の
厚さとエッチピット密度との関係、および本発明の範囲
外のバッファ層を用いた試料によって得られた、ＧａＮ
層の厚さとエッチピット密度との関係を比較して示す図
である。

【図５】図２に示す試料によって得られた、バッファ層
の厚さとＧａＮ層の移動度との関係、および従来のバッ
ファ層を用いた試料のＧａＮ層の移動度を示す図であ
る。

【図６】本発明の第２の実施の形態に係る半導体素子の
要部を示す断面図である。

【図７】本発明の第３の実施の形態に係る半導体素子の
要部を示す断面図である。

【符号の説明】

１サファイア基板２ＩｎＮ第１バッファ層３，１５ＧａＮ第２バッファ層４ｎ型ＧａＮ層５ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層６ｎ型ＧａＮガイド層７ＧａＮ／ＩｎＧａＮ多重量子、井戸活性層８ｐ型ＧａＮガイド層９ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０ｐ型ＧａＮコンタクト層１１ｐ側電極１２ｎ側電極１４ＧａＮ第３バッファ層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板、該基板上に形成されたバッファ
層、および該バッファ層上に形成された、複数のIII−
Ｖ族窒化物半導体層を含み、前記バッファ層は、少なくとも、Ｉｎ_xＧａ_1-XＮ（０＜
ｘ≦１）で表されるIII−Ｖ族窒化物半導体からなる第
１バッファ層、およびこの第１バッファ層より上にあっ
て、Ａｌ_yＧａ_1-yＮ（０≦ｙ≦１）で表されるIII−Ｖ
族窒化物半導体を主成分とする第２バッファ層を含むこ
とを特徴とするIII−Ｖ族窒化物半導体素子。