JPH11284224A - 半導体素子 - Google Patents
半導体素子Info
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- JPH11284224A JPH11284224A JP11002835A JP283599A JPH11284224A JP H11284224 A JPH11284224 A JP H11284224A JP 11002835 A JP11002835 A JP 11002835A JP 283599 A JP283599 A JP 283599A JP H11284224 A JPH11284224 A JP H11284224A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 任意の材料の基板の上にＧａＮ系半導体層を
形成する技術、即ち任意の材料の基板とその上に形成さ
れたＧａＮ系半導体層とを備えてなる新規な構成の半導
体素子を提供する。 【解決手段】 ＧａＮ系の半導体層と基板との間にＧａ
Ｎ系の半導体層と基板の熱膨張係数の差により生じる応
力を緩衝するバッファ層を介在させる。
形成する技術、即ち任意の材料の基板とその上に形成さ
れたＧａＮ系半導体層とを備えてなる新規な構成の半導
体素子を提供する。 【解決手段】 ＧａＮ系の半導体層と基板との間にＧａ
Ｎ系の半導体層と基板の熱膨張係数の差により生じる応
力を緩衝するバッファ層を介在させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明はＧａＮ系の半導体
層を含む半導体素子に関する。
層を含む半導体素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＮ系の半導体は例えば青色発光素子
として利用できることが知られている。かかる発光素子
では、基板には一般的にサファイアが用いられ、例えば
ＡｌＮ製の層を介してＧａＮ系の半導体層が積層されて
発光素子構造が形成される。ここにＡｌＮ製の層はＧａ
Ｎ系の半導体層を成長させるときの核発生を与える役目
をしていると考えられる。
として利用できることが知られている。かかる発光素子
では、基板には一般的にサファイアが用いられ、例えば
ＡｌＮ製の層を介してＧａＮ系の半導体層が積層されて
発光素子構造が形成される。ここにＡｌＮ製の層はＧａ
Ｎ系の半導体層を成長させるときの核発生を与える役目
をしていると考えられる。
【０００３】このような素子において、サファイア基板
を他の材料に置換することが望まれている。サファイア
基板は高価であるからである。更には、サファイア基板
は絶縁体であるため同一面側に電極を形成する必要があ
り半導体層の一部をエッチングしなければならず、それ
に応じてボンディングの工程も２倍となる。また、同一
面側にｎ、ｐ両電極を形成するため、素子サイズの小型
化にも制限があった。加えて、チャージアップの問題も
あった。
を他の材料に置換することが望まれている。サファイア
基板は高価であるからである。更には、サファイア基板
は絶縁体であるため同一面側に電極を形成する必要があ
り半導体層の一部をエッチングしなければならず、それ
に応じてボンディングの工程も２倍となる。また、同一
面側にｎ、ｐ両電極を形成するため、素子サイズの小型
化にも制限があった。加えて、チャージアップの問題も
あった。
【０００４】このようなサファイア基板の不具合を回避
するため、シリコン基板上にＧａＮ系の半導体層を成長
させる技術が検討されている。特開平８−３１０９００
号公報、特開平９−９２８８２号公報等を参照された
い。
するため、シリコン基板上にＧａＮ系の半導体層を成長
させる技術が検討されている。特開平８−３１０９００
号公報、特開平９−９２８８２号公報等を参照された
い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者らの検討によれば、シリコン基板の上にＧａＮ系半導
体層を成長させることは非常に困難であった。その原因
の一つに、シリコンとＧａＮ系半導体の熱膨張率の差が
ある。シリコンの線膨張係数が４．７ X １０− ６／Ｋ
であるのに対しＧａＮの線膨張係数は５．５９ X １０
−６／Ｋであり、前者が後者より大きい。従って、Ｇａ
Ｎ系半導体を成長させる際に加熱をすると、図１に示す
如く、シリコン基板１が伸長されＧａＮ系半導体層３側
が圧縮するように素子が変形する。このとき、ＧａＮ系
半導体層３内に引っ張り応力が生じ、その結果クラック
５の発生するおそれがある。また、クラック５が生じな
いまでも格子に歪みが生じる。従って、ＧａＮ系半導体
素子がその本来の機能を発揮できなくなる。
者らの検討によれば、シリコン基板の上にＧａＮ系半導
体層を成長させることは非常に困難であった。その原因
の一つに、シリコンとＧａＮ系半導体の熱膨張率の差が
ある。シリコンの線膨張係数が４．７ X １０− ６／Ｋ
であるのに対しＧａＮの線膨張係数は５．５９ X １０
−６／Ｋであり、前者が後者より大きい。従って、Ｇａ
Ｎ系半導体を成長させる際に加熱をすると、図１に示す
如く、シリコン基板１が伸長されＧａＮ系半導体層３側
が圧縮するように素子が変形する。このとき、ＧａＮ系
半導体層３内に引っ張り応力が生じ、その結果クラック
５の発生するおそれがある。また、クラック５が生じな
いまでも格子に歪みが生じる。従って、ＧａＮ系半導体
素子がその本来の機能を発揮できなくなる。
【０００６】そこで、この発明はシリコン基板の上にＧ
ａＮ系半導体層が容易に形成できる新規な構成の半導体
発光素子を提供することを目的とする。更に、かかる検
討を通して得られた知見を敷衍して、任意の材料の基板
の上にＧａＮ系半導体層を形成する技術、即ち任意の材
料の基板とその上に形成されたＧａＮ系半導体層とを備
えてなる新規な構成の半導体素子を提供することをも目
的とする。
ａＮ系半導体層が容易に形成できる新規な構成の半導体
発光素子を提供することを目的とする。更に、かかる検
討を通して得られた知見を敷衍して、任意の材料の基板
の上にＧａＮ系半導体層を形成する技術、即ち任意の材
料の基板とその上に形成されたＧａＮ系半導体層とを備
えてなる新規な構成の半導体素子を提供することをも目
的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明は上記目的の少
なくとも一つを達成する。そしてその構成は次のとおり
である。ＧａＮ系の半導体層と、基板と、前記半導体層
と前記基板との間に設けられ、応力等を緩衝するバッフ
ァ層と、を備えてなる半導体素子。
なくとも一つを達成する。そしてその構成は次のとおり
である。ＧａＮ系の半導体層と、基板と、前記半導体層
と前記基板との間に設けられ、応力等を緩衝するバッフ
ァ層と、を備えてなる半導体素子。
【０００８】このように構成された半導体素子によれ
ば、図２に示すように、バッファ層１２がＧａＮ系半導
体層１３と基板１１との熱膨張係数の差により生じた応
力を緩衝するので、ＧａＮ系半導体層１３内の引っ張り
応力が小さくなる。従って、そこにクラックが発生する
ことはほとんどなくなり、格子歪みも緩和される。よっ
て、ＧａＮ系半導体層１３はその本来の機能を設計どお
りに発揮できることとなる。
ば、図２に示すように、バッファ層１２がＧａＮ系半導
体層１３と基板１１との熱膨張係数の差により生じた応
力を緩衝するので、ＧａＮ系半導体層１３内の引っ張り
応力が小さくなる。従って、そこにクラックが発生する
ことはほとんどなくなり、格子歪みも緩和される。よっ
て、ＧａＮ系半導体層１３はその本来の機能を設計どお
りに発揮できることとなる。
【０００９】ＧａＮ系の半導体とはIII属窒化物半導体
であって、一般的にはＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ
（Ｘ＝０、Ｙ＝０、Ｘ＝Ｙ＝０を含む）で表される。発
光素子及び受光素子では、周知のように、発光層が異な
る導電型の半導体層（クラッド層）で挟まれる構成であ
り、発光層には超格子構造やダブルヘテロ構造等が採用
される。ＦＥＴ構造の電子デバイスをＧａＮ系の半導体
で形成することもできる。
であって、一般的にはＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ
（Ｘ＝０、Ｙ＝０、Ｘ＝Ｙ＝０を含む）で表される。発
光素子及び受光素子では、周知のように、発光層が異な
る導電型の半導体層（クラッド層）で挟まれる構成であ
り、発光層には超格子構造やダブルヘテロ構造等が採用
される。ＦＥＴ構造の電子デバイスをＧａＮ系の半導体
で形成することもできる。
【００１０】基板の材質は特に限定されない。基板は導
電性とすることが好ましい。導電性の材料としてＳｉ、
ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＺｎＯ及びＺｎＳｅ等を挙げること
ができる。
電性とすることが好ましい。導電性の材料としてＳｉ、
ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＺｎＯ及びＺｎＳｅ等を挙げること
ができる。
【００１１】バッファ層はＧａＮ系半導体層と基板の応
力を緩衝する作用をするものであれば、その材質は特に
限定されない。また、このバッファ層を２層以上とする
こともできる。上記の作用を奏させる条件として、次の
ものがある。 (ア) 該バッファ層の材料の熱膨張係数が半導体層の材
料と基板の材料の各熱膨張係数のううちの大きい方の３
倍以下である。 (イ) 該バッファ層の材料の弾性率が２０ X １０１０Ｎ
／ｍ２以下である。即ち、バッファ層の材料の熱膨張係
数をある程度ＧａＮやシリコンに近づけるものとし、か
つ弾性率を比較的小さくすることにより柔らかいものと
してこのバッファ層で素子の内部応力を緩和する。 なお、バッファ層の材料の弾性率は１５ X １０１０Ｎ
／ｍ２以下とすることが更に好ましい。
力を緩衝する作用をするものであれば、その材質は特に
限定されない。また、このバッファ層を２層以上とする
こともできる。上記の作用を奏させる条件として、次の
ものがある。 (ア) 該バッファ層の材料の熱膨張係数が半導体層の材
料と基板の材料の各熱膨張係数のううちの大きい方の３
倍以下である。 (イ) 該バッファ層の材料の弾性率が２０ X １０１０Ｎ
／ｍ２以下である。即ち、バッファ層の材料の熱膨張係
数をある程度ＧａＮやシリコンに近づけるものとし、か
つ弾性率を比較的小さくすることにより柔らかいものと
してこのバッファ層で素子の内部応力を緩和する。 なお、バッファ層の材料の弾性率は１５ X １０１０Ｎ
／ｍ２以下とすることが更に好ましい。
【００１２】視点を変えれば、上記において、(ウ) バ
ッファ層の材料の熱膨張係数をＧａＮ系半導体と基板の
材料の各熱膨張係数の間とすることが好ましい。更に好
ましくはバッファ層の材料の熱膨張係数をＧａＮ系半導
体と基板の材料の各熱膨張係数のほぼ中央とする。ま
た、具体的には、(エ) 該バッファ層の材料の熱膨張係
数を１０ X １０−６／Ｋ以下とする。
ッファ層の材料の熱膨張係数をＧａＮ系半導体と基板の
材料の各熱膨張係数の間とすることが好ましい。更に好
ましくはバッファ層の材料の熱膨張係数をＧａＮ系半導
体と基板の材料の各熱膨張係数のほぼ中央とする。ま
た、具体的には、(エ) 該バッファ層の材料の熱膨張係
数を１０ X １０−６／Ｋ以下とする。
【００１３】バッファ層とＧａＮ系の半導体層との密着
力を高めるためには、窒化物生成自由エネルギーが負の
値である材料からバッファ層が形成されること、若しく
はかかる材料をバッファ層が含むことが好ましい。即
ち、バッファ層の材料とＧａＮ系の半導体層との反応が
不可逆的に行われるものとする。
力を高めるためには、窒化物生成自由エネルギーが負の
値である材料からバッファ層が形成されること、若しく
はかかる材料をバッファ層が含むことが好ましい。即
ち、バッファ層の材料とＧａＮ系の半導体層との反応が
不可逆的に行われるものとする。
【００１４】更には、バッファ層とＧａＮ系半導体層と
のなじみをよくし、ＧａＮ系半導体層の格子歪みを小さ
くするために、バッファ層の結晶構造をＧａＮと同じ六
方晶とすることが好ましい。また、同様の見地から、バ
ッファ層は下記要件 ｜バッファ層の格子定数−ＧａＮの格子定数｜／ＧａＮ
の格子定数 ≦ ０．０５ を満足することが好ましい。 バッファ層が下記要件 ｜バッファ層の格子定数−ＧａＮの格子定数｜／ＧａＮ
の格子定数 ≦ ０．０２ を満足することが更に好ましい。
のなじみをよくし、ＧａＮ系半導体層の格子歪みを小さ
くするために、バッファ層の結晶構造をＧａＮと同じ六
方晶とすることが好ましい。また、同様の見地から、バ
ッファ層は下記要件 ｜バッファ層の格子定数−ＧａＮの格子定数｜／ＧａＮ
の格子定数 ≦ ０．０５ を満足することが好ましい。 バッファ層が下記要件 ｜バッファ層の格子定数−ＧａＮの格子定数｜／ＧａＮ
の格子定数 ≦ ０．０２ を満足することが更に好ましい。
【００１５】バッファ層の材料を導電性とし、更に基板
の材料を導電性とすることが好ましい。これにより、基
板に電極を接続し、基板側よりＧａＮ系半導体層に通電
することが可能になる。従って、ＧａＮ系半導体層で素
子を構成するとき必要とされた当該半導体層に対する複
雑なエッチングが不要になる。図３の例で言えば、ｎク
ラッド層がバッファ層及び基板を介して外部に電気的に
接続可能となる。一方、サファイア基板の場合は、これ
が絶縁性であったため発光層及びｐクラッド層をエッチ
ングしてｎクラッド層を露出し、これを外部と電気的に
接続させる必要があった。基板及びバッファ層を介して
半導体層へ通電可能となったので、外部電源に対するボ
ンディングも容易になる。また、半導体層の上下で電極
形成が可能となるので素子を小型化することができる。
更には、アースをとればチャージアップの問題も容易に
解決される。
の材料を導電性とすることが好ましい。これにより、基
板に電極を接続し、基板側よりＧａＮ系半導体層に通電
することが可能になる。従って、ＧａＮ系半導体層で素
子を構成するとき必要とされた当該半導体層に対する複
雑なエッチングが不要になる。図３の例で言えば、ｎク
ラッド層がバッファ層及び基板を介して外部に電気的に
接続可能となる。一方、サファイア基板の場合は、これ
が絶縁性であったため発光層及びｐクラッド層をエッチ
ングしてｎクラッド層を露出し、これを外部と電気的に
接続させる必要があった。基板及びバッファ層を介して
半導体層へ通電可能となったので、外部電源に対するボ
ンディングも容易になる。また、半導体層の上下で電極
形成が可能となるので素子を小型化することができる。
更には、アースをとればチャージアップの問題も容易に
解決される。
【００１６】基板の材料がシリコンであるとき、バッフ
ァ層は前記シリコンと反応してシリサイドを形成する金
属材料からなること、若しくはかかる材料を含んでいる
ことが好ましい。
ァ層は前記シリコンと反応してシリサイドを形成する金
属材料からなること、若しくはかかる材料を含んでいる
ことが好ましい。
【００１７】なお、当然のことであるが、バッファ層の
材料はこれを形成した後の半導体素子の製造過程で加え
られる温度より高い融点を持っていなければならない。
従って、バッファ層の材料は１０００℃を超える融点を
持つ必要がある。
材料はこれを形成した後の半導体素子の製造過程で加え
られる温度より高い融点を持っていなければならない。
従って、バッファ層の材料は１０００℃を超える融点を
持つ必要がある。
【００１８】バッファ層が金属で形成され、ＧａＮ系半
導体層が発光素子構造若しくは受光素子構造を採る場
合、このバッファ層自体が反射層の役目をする。従っ
て、従来例の透明なサファイア基板を用いた発光素子や
受光素子で必要とされていた別個の反射層の形成が不要
となる。また、ＧａＡｓのように光を吸収する材料で基
板を形成した場合における当該基板の除去作業が不要に
なる。
導体層が発光素子構造若しくは受光素子構造を採る場
合、このバッファ層自体が反射層の役目をする。従っ
て、従来例の透明なサファイア基板を用いた発光素子や
受光素子で必要とされていた別個の反射層の形成が不要
となる。また、ＧａＡｓのように光を吸収する材料で基
板を形成した場合における当該基板の除去作業が不要に
なる。
【００１９】本発明者らの検討によれば、上記の条件の
多く満足するバッファ層の材料として次のものがあっ
た。 Ｃｒ：融点が１０００℃以上であり、線膨張係数が
１０ X １０−６／Ｋ以下であり、窒化物生成エネル
ギーが負であり、ＧａＮとの格子定数の差が２％以下
であり、シリサイドを形成できる。 Ｈｆ：融点が１０００℃以上であり、線膨張係数が
１０ X １０−６／Ｋ以下であり、弾性率が１５ X １
０１０Ｎ／ｍ２以下であり、ＧａＮとの格子定数の差
が２％以下であり、シリサイドを形成できる。 Ｎｂ：融点が１０００℃以上であり、線膨張係数が
１０ X １０−６／Ｋ以下であり、弾性率が１５ X １
０１０Ｎ／ｍ２以下であり、ＧａＮとの格子定数の差
が２％以下であり、シリサイドを形成できる。 Ｔａ：融点が１０００℃以上であり、線膨張係数が
１０ X １０−６／Ｋ以下であり、窒化物生成エネル
ギーが負であり、ＧａＮとの格子定数の差が２％以下
であり、シリサイドを形成できる。 Ｖ ：融点が１０００℃以上であり、線膨張係数が
１０ X １０−６／Ｋ以下であり、弾性率が１５ X １
０１０Ｎ／ｍ２以下であり、窒化物生成エネルギーが
負であり、ＧａＮとの格子定数の差が２％以下であ
り、シリサイドを形成できる。 Ｔｉ：融点が１０００℃以上であり、線膨張係数が
１０ X １０−６／Ｋ以下であり、弾性率が１５ X １
０１０Ｎ／ｍ２以下であり、窒化物生成エネルギーが
負であり、ＧａＮとの格子定数の差が２％以下であ
り、シリサイドを形成できる。結晶構造がｈｃｐで
ある。 Ｚｒ：融点が１０００℃以上であり、線膨張係数が
１０ X １０−６／Ｋ以下であり、弾性率が１５ X １
０１０Ｎ／ｍ２以下であり、窒化物生成エネルギーが
負であり、ＧａＮとの格子定数の差が２％以下であ
り、シリサイドを形成できる。結晶構造がｈｃｐで
ある。
多く満足するバッファ層の材料として次のものがあっ
た。 Ｃｒ：融点が１０００℃以上であり、線膨張係数が
１０ X １０−６／Ｋ以下であり、窒化物生成エネル
ギーが負であり、ＧａＮとの格子定数の差が２％以下
であり、シリサイドを形成できる。 Ｈｆ：融点が１０００℃以上であり、線膨張係数が
１０ X １０−６／Ｋ以下であり、弾性率が１５ X １
０１０Ｎ／ｍ２以下であり、ＧａＮとの格子定数の差
が２％以下であり、シリサイドを形成できる。 Ｎｂ：融点が１０００℃以上であり、線膨張係数が
１０ X １０−６／Ｋ以下であり、弾性率が１５ X １
０１０Ｎ／ｍ２以下であり、ＧａＮとの格子定数の差
が２％以下であり、シリサイドを形成できる。 Ｔａ：融点が１０００℃以上であり、線膨張係数が
１０ X １０−６／Ｋ以下であり、窒化物生成エネル
ギーが負であり、ＧａＮとの格子定数の差が２％以下
であり、シリサイドを形成できる。 Ｖ ：融点が１０００℃以上であり、線膨張係数が
１０ X １０−６／Ｋ以下であり、弾性率が１５ X １
０１０Ｎ／ｍ２以下であり、窒化物生成エネルギーが
負であり、ＧａＮとの格子定数の差が２％以下であ
り、シリサイドを形成できる。 Ｔｉ：融点が１０００℃以上であり、線膨張係数が
１０ X １０−６／Ｋ以下であり、弾性率が１５ X １
０１０Ｎ／ｍ２以下であり、窒化物生成エネルギーが
負であり、ＧａＮとの格子定数の差が２％以下であ
り、シリサイドを形成できる。結晶構造がｈｃｐで
ある。 Ｚｒ：融点が１０００℃以上であり、線膨張係数が
１０ X １０−６／Ｋ以下であり、弾性率が１５ X １
０１０Ｎ／ｍ２以下であり、窒化物生成エネルギーが
負であり、ＧａＮとの格子定数の差が２％以下であ
り、シリサイドを形成できる。結晶構造がｈｃｐで
ある。
【００２０】以上より、バッファ層を形成する金属はＣ
ｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒから選ばれる１
種又は２種以上の金属とすることが好ましい。更に好ま
しくは、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒから選ばれる１種又は２種以上
の金属でバッファ層を形成する。最も好ましくは、Ｚｒ
でバッファ層を形成する。
ｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒから選ばれる１
種又は２種以上の金属とすることが好ましい。更に好ま
しくは、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒから選ばれる１種又は２種以上
の金属でバッファ層を形成する。最も好ましくは、Ｚｒ
でバッファ層を形成する。
【００２１】バッファ層の形成の方法は特に限定され
ず、基板の材料やバッファ層自身の材料の特性に応じて
適宜選択される。例えば、既述の金属でバッファ層を形
成する場合はプラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、光ＣＶＤ等の
ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓ
ｉｔｉｏｎ）、スパッタ、蒸着等の（Ｐｈｙｓｉｃａｌ
Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等の方法を採用
できる。
ず、基板の材料やバッファ層自身の材料の特性に応じて
適宜選択される。例えば、既述の金属でバッファ層を形
成する場合はプラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、光ＣＶＤ等の
ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓ
ｉｔｉｏｎ）、スパッタ、蒸着等の（Ｐｈｙｓｉｃａｌ
Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等の方法を採用
できる。
【００２２】
【実施例】以下、この発明の一の実施例を説明する。こ
の実施例は発光ダイオード２０であり、その構成を図３
に示す。
の実施例は発光ダイオード２０であり、その構成を図３
に示す。
【００２３】各半導体層のスペックは次の通りである。 層 ： 組成：ドーパント （膜厚） ｐクラッド層２５ ： ｐ−ＧａＮ:Ｍｇ （0.3μm） 発光層 ２４ ： 超格子構造 量子井戸層 ： Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ （3.5nm) バリア層 ： ＧａＮ （3.5nm） 量子井戸層とバリア層の繰り返し数：1〜10 ｎクラッド層２３ ： ｎ−ＧａＮ：Ｓｉ （4μm） バッファ層２２ ： Ｚｒ （50nm） 基板２１ ： Ｓｉ （300μm）
【００２４】上記において、バッファ層２２はＣＶＤに
より基板２１へ積層する。ｎクラッド層２３は発光層２
４側の低電子濃度ｎ層とバッファ層２２側の高電子濃度
ｎ＋層とからなる２層構造とすることができる。発光層
２４は超格子構造のものに限定されず、シングルへテロ
型、ダブルへテロ型及びホモ接合型のものなどを用いる
ことができる。発光層２４とｐクラッド層２５との間に
マグネシウム等のアクセプタをドープしたバンドギャッ
プの広いＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（X=0,Y=0,X=Y=
0を含む）層を介在させることができる。これは発光層
２４中に注入された電子がｐクラッド層２５に拡散する
のを防止するためである。ｐクラッド層２５を発光層２
４側の低ホール濃度ｐ層と電極２６側の高ホール濃度ｐ
＋層とからなる２層構造とすることができる。
より基板２１へ積層する。ｎクラッド層２３は発光層２
４側の低電子濃度ｎ層とバッファ層２２側の高電子濃度
ｎ＋層とからなる２層構造とすることができる。発光層
２４は超格子構造のものに限定されず、シングルへテロ
型、ダブルへテロ型及びホモ接合型のものなどを用いる
ことができる。発光層２４とｐクラッド層２５との間に
マグネシウム等のアクセプタをドープしたバンドギャッ
プの広いＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（X=0,Y=0,X=Y=
0を含む）層を介在させることができる。これは発光層
２４中に注入された電子がｐクラッド層２５に拡散する
のを防止するためである。ｐクラッド層２５を発光層２
４側の低ホール濃度ｐ層と電極２６側の高ホール濃度ｐ
＋層とからなる２層構造とすることができる。
【００２５】バッファ層の上の各半導体層は周知の有機
金属化合物気相成長法（以下、「ＭＯＣＶＤ法」とい
う。）により形成される。この成長法においては、アン
モニアガスと３族元素のアルキル化合物ガス、例えばト
リメチルガリウム（ＴＭＧ)、トリメチルアルミニウム
（ＴＭＡ）やトリメチルインジウム（ＴＭＩ）とを適当
な温度に加熱された基板上に供給して熱分解反応させ、
もって所望の結晶を基板の上に成長させる。
金属化合物気相成長法（以下、「ＭＯＣＶＤ法」とい
う。）により形成される。この成長法においては、アン
モニアガスと３族元素のアルキル化合物ガス、例えばト
リメチルガリウム（ＴＭＧ)、トリメチルアルミニウム
（ＴＭＡ）やトリメチルインジウム（ＴＭＩ）とを適当
な温度に加熱された基板上に供給して熱分解反応させ、
もって所望の結晶を基板の上に成長させる。
【００２６】このＭＯＣＶＤ法を実行する際の熱によ
り、図４に示すように、バッファ層２２の材料（Ｚｒ）
が基板２１の材料（Ｓｉ)と反応してシリサイド（Ｚｒ
Ｓｉ２）が形成される。また、ＺｒはＧａＮと同じ結晶
構造（六方晶）を持ちかつ格子定数もＧａＮに近い。よ
って、クラッド層２３とバッファ層２２との間には２つ
の層が融合してＺｒＮ層が形成されていることが予想さ
れる。
り、図４に示すように、バッファ層２２の材料（Ｚｒ）
が基板２１の材料（Ｓｉ)と反応してシリサイド（Ｚｒ
Ｓｉ２）が形成される。また、ＺｒはＧａＮと同じ結晶
構造（六方晶）を持ちかつ格子定数もＧａＮに近い。よ
って、クラッド層２３とバッファ層２２との間には２つ
の層が融合してＺｒＮ層が形成されていることが予想さ
れる。
【００２７】透光性電極２６は金を含む薄膜であり、ｐ
クラッド層２５の上面の実質的な全面を覆って積層され
る。ｐ電極２８も金を含む材料で構成されており、蒸着
により透光性電極２６の上に形成される。ｎ電極２７
は、蒸着により基板２１へ取り付けられる。
クラッド層２５の上面の実質的な全面を覆って積層され
る。ｐ電極２８も金を含む材料で構成されており、蒸着
により透光性電極２６の上に形成される。ｎ電極２７
は、蒸着により基板２１へ取り付けられる。
【００２８】この発明は上記発明の実施の形態及び実施
例の記載に何ら限定されるものではなく、特許請求の範
囲を逸脱しない範囲で当業者が想到し得る種々の変形態
様を包含する。
例の記載に何ら限定されるものではなく、特許請求の範
囲を逸脱しない範囲で当業者が想到し得る種々の変形態
様を包含する。
【００２９】以下、次の事項を開示する。 (2) 前記バッファ層は下記の要件を満足する、(ア) 該
バッファ層材料の熱膨張係数が前記半導体材料と前記基
板材料の各熱膨張係数のうちの大きい方の３倍以下であ
る、(イ) 該バッファ層材料の弾性率が２０ X １０１０
Ｎ／ｍ２以下である、ことを特徴とする請求項１に記載
の半導体素子。 (3) 前記バッファ層材料の弾性率が１５ X １０１０Ｎ
／ｍ２以下である、ことを特徴とする(2)に記載の半導
体素子。
バッファ層材料の熱膨張係数が前記半導体材料と前記基
板材料の各熱膨張係数のうちの大きい方の３倍以下であ
る、(イ) 該バッファ層材料の弾性率が２０ X １０１０
Ｎ／ｍ２以下である、ことを特徴とする請求項１に記載
の半導体素子。 (3) 前記バッファ層材料の弾性率が１５ X １０１０Ｎ
／ｍ２以下である、ことを特徴とする(2)に記載の半導
体素子。
【００３０】(4) 前記バッファ層は下記の要件を満足
する、(ウ) 該バッファ層材料の熱膨張係数が前記半導
体層と前記基板の各熱膨張係数の間にある、(イ) 該バ
ッファ層材料の弾性率が２０ X １０１０Ｎ／ｍ２以下
である、ことを特徴とする請求項１に記載の半導体素
子。 (5) 前記バッファ層材料の熱膨張係数が前記半導体材
料と前記基板材料の各熱膨張係数のほぼ中央にあること
を特徴とする(4)に記載の半導体素子。
する、(ウ) 該バッファ層材料の熱膨張係数が前記半導
体層と前記基板の各熱膨張係数の間にある、(イ) 該バ
ッファ層材料の弾性率が２０ X １０１０Ｎ／ｍ２以下
である、ことを特徴とする請求項１に記載の半導体素
子。 (5) 前記バッファ層材料の熱膨張係数が前記半導体材
料と前記基板材料の各熱膨張係数のほぼ中央にあること
を特徴とする(4)に記載の半導体素子。
【００３１】(6) 前記バッファ層材料の弾性率が１５
X １０１０Ｎ／ｍ２以下である、ことを特徴とする(4)
又は(5)に記載の半導体素子。 (7) 前記バッファ層は下記の要件を満足する、(エ) 該
バッファ層材料の熱膨張係数が１０ X １０−６／Ｋ以
下である、(イ) 該バッファ層材料の弾性率が２０ X １
０１０Ｎ／ｍ２以下である、ことを特徴とする請求項１
に記載の半導体素子。
X １０１０Ｎ／ｍ２以下である、ことを特徴とする(4)
又は(5)に記載の半導体素子。 (7) 前記バッファ層は下記の要件を満足する、(エ) 該
バッファ層材料の熱膨張係数が１０ X １０−６／Ｋ以
下である、(イ) 該バッファ層材料の弾性率が２０ X １
０１０Ｎ／ｍ２以下である、ことを特徴とする請求項１
に記載の半導体素子。
【００３２】(8) 前記バッファ層材料の弾性率が１５
X １０１０Ｎ／ｍ２以下である、ことを特徴とする(7)
に記載の半導体素子。 (9) 前記バッファ層は窒化物生成自由エネルギーが負
の値である材料を含んでいることを特徴とする請求項１
及び(2)〜(8)のいずれかに記載の半導体素子。
X １０１０Ｎ／ｍ２以下である、ことを特徴とする(7)
に記載の半導体素子。 (9) 前記バッファ層は窒化物生成自由エネルギーが負
の値である材料を含んでいることを特徴とする請求項１
及び(2)〜(8)のいずれかに記載の半導体素子。
【００３３】(10) 前記バッファ層が下記要件 ｜バッファ層の格子定数−ＧａＮの格子定数｜／ＧａＮ
の格子定数 ≦ ０．０５ を満足することを特徴とする請求項１及び(2)〜(9)のい
ずれかに記載の半導体素子。 (11) 前記バッファ層が下記要件 ｜バッファ層の格子定数−ＧａＮの格子定数｜／ＧａＮ
の格子定数 ≦ ０．０２ を満足することを特徴とする(10)に記載の半導体素子。
の格子定数 ≦ ０．０５ を満足することを特徴とする請求項１及び(2)〜(9)のい
ずれかに記載の半導体素子。 (11) 前記バッファ層が下記要件 ｜バッファ層の格子定数−ＧａＮの格子定数｜／ＧａＮ
の格子定数 ≦ ０．０２ を満足することを特徴とする(10)に記載の半導体素子。
【００３４】(12) 前記バッファ層の結晶構造が六方晶
であることを特徴とする請求項１及び(2)〜(11)のいず
れかに記載の半導体素子。 (13) 前記基板材料及び前記バッファ層材料が導電性で
あることを特徴とする請求項１及び(2)〜(12)のいずれ
かに記載の半導体素子。
であることを特徴とする請求項１及び(2)〜(11)のいず
れかに記載の半導体素子。 (13) 前記基板材料及び前記バッファ層材料が導電性で
あることを特徴とする請求項１及び(2)〜(12)のいずれ
かに記載の半導体素子。
【００３５】(14) 前記基板の材料がシリコンであるこ
とを特徴とする(13)に記載の半導体素子。 (15) 前記バッファ層は前記シリコンと反応する材料を
含んでいることを特徴とする(14)に記載の半導体素子。
とを特徴とする(13)に記載の半導体素子。 (15) 前記バッファ層は前記シリコンと反応する材料を
含んでいることを特徴とする(14)に記載の半導体素子。
【００３６】(16) 前記バッファ層の材料は半導体素子
の製造過程で加えられる温度より高い融点を持つことを
特徴とする請求項１、(2)〜(15)のいずれかに記載の半
導体素子。 (17) ＧａＮ系の半導体層と、基板と、前記半導体層と
前記基板との間に設けられる金属製のバッファ層と、を
備えてなる半導体素子。
の製造過程で加えられる温度より高い融点を持つことを
特徴とする請求項１、(2)〜(15)のいずれかに記載の半
導体素子。 (17) ＧａＮ系の半導体層と、基板と、前記半導体層と
前記基板との間に設けられる金属製のバッファ層と、を
備えてなる半導体素子。
【００３７】(21) ＧａＮ系の半導体層と、導電性の基
板と、前記半導体層と前記基板との間に設けられ、下記
要件を満足する導電性の金属を含む材料で形成されるバ
ッファ層と、(ア) 該バッファ層材料の熱膨張係数が前
記半導体材料と前記基板材料の各熱膨張係数のうちの大
きい方の３倍以下である、(イ) 該バッファ層材料の弾
性率が２０ X １０１０Ｎ／ｍ２以下である、を備えて
なる半導体素子。 (22) 前記バッファ層材料の弾性率が１５ X １０１０
Ｎ／ｍ２以下である、ことを特徴とする(21)に記載の半
導体素子。
板と、前記半導体層と前記基板との間に設けられ、下記
要件を満足する導電性の金属を含む材料で形成されるバ
ッファ層と、(ア) 該バッファ層材料の熱膨張係数が前
記半導体材料と前記基板材料の各熱膨張係数のうちの大
きい方の３倍以下である、(イ) 該バッファ層材料の弾
性率が２０ X １０１０Ｎ／ｍ２以下である、を備えて
なる半導体素子。 (22) 前記バッファ層材料の弾性率が１５ X １０１０
Ｎ／ｍ２以下である、ことを特徴とする(21)に記載の半
導体素子。
【００３８】(23) 前記バッファ層は下記の要件を満足
する、(ウ) 該バッファ層材料の熱膨張係数が前記半導
体材料と前記基板材料の各熱膨張係数の間にある、(イ)
該バッファ層材料の弾性率が２０ X １０１０Ｎ／ｍ
２以下である、ことを特徴とする(21)に記載の半導体素
子。 (24) 前記バッファ層材料の熱膨張係数が前記半導体材
料と前記基板材料の各熱膨張係数のほぼ中央にあること
を特徴とする(23)に記載の半導体素子。
する、(ウ) 該バッファ層材料の熱膨張係数が前記半導
体材料と前記基板材料の各熱膨張係数の間にある、(イ)
該バッファ層材料の弾性率が２０ X １０１０Ｎ／ｍ
２以下である、ことを特徴とする(21)に記載の半導体素
子。 (24) 前記バッファ層材料の熱膨張係数が前記半導体材
料と前記基板材料の各熱膨張係数のほぼ中央にあること
を特徴とする(23)に記載の半導体素子。
【００３９】(25) 前記バッファ層材料の弾性率が１５
X １０１０Ｎ／ｍ２以下である、ことを特徴とする(2
3)又は(24)に記載の半導体素子。 (26) 前記バッファ層は下記の要件を満足する、(エ)
該バッファ層材料の熱膨張係数が１０ X １０−６／Ｋ
以下である、(イ) 該バッファ層材料の弾性率が２０ X
１０１０Ｎ／ｍ２以下である、ことを特徴とする(21)に
記載の半導体素子。
X １０１０Ｎ／ｍ２以下である、ことを特徴とする(2
3)又は(24)に記載の半導体素子。 (26) 前記バッファ層は下記の要件を満足する、(エ)
該バッファ層材料の熱膨張係数が１０ X １０−６／Ｋ
以下である、(イ) 該バッファ層材料の弾性率が２０ X
１０１０Ｎ／ｍ２以下である、ことを特徴とする(21)に
記載の半導体素子。
【００４０】(27) 前記バッファ層材料の弾性率が１５
X １０１０Ｎ／ｍ２以下である、ことを特徴とする(2
6)に記載の半導体素子。 (28) 前記バッファ層は窒化物生成自由エネルギーが負
の値である材料を含んでいることを特徴とする(21)〜(2
7)のいずれかに記載の半導体素子。
X １０１０Ｎ／ｍ２以下である、ことを特徴とする(2
6)に記載の半導体素子。 (28) 前記バッファ層は窒化物生成自由エネルギーが負
の値である材料を含んでいることを特徴とする(21)〜(2
7)のいずれかに記載の半導体素子。
【００４１】(29) 前記バッファ層が下記要件 ｜バッファ層の格子定数−ＧａＮの格子定数｜／ＧａＮ
の格子定数 ≦ ０．０５ を満足することを特徴とする(21)〜(28)のいずれかに記
載の半導体素子。 (30) 前記バッファ層が下記要件 ｜バッファ層の格子定数−ＧａＮの格子定数｜／ＧａＮ
の格子定数 ≦ ０．０２ を満足することを特徴とする(29)に記載の半導体素子。
の格子定数 ≦ ０．０５ を満足することを特徴とする(21)〜(28)のいずれかに記
載の半導体素子。 (30) 前記バッファ層が下記要件 ｜バッファ層の格子定数−ＧａＮの格子定数｜／ＧａＮ
の格子定数 ≦ ０．０２ を満足することを特徴とする(29)に記載の半導体素子。
【００４２】(31) 前記バッファ層の結晶構造が六方晶
であることを特徴とする(21)〜(30)のいずれかに記載の
半導体素子。 (32) 前記バッファ層材料が導電性であることを特徴と
する(21)〜(31)のいずれかに記載の半導体素子。
であることを特徴とする(21)〜(30)のいずれかに記載の
半導体素子。 (32) 前記バッファ層材料が導電性であることを特徴と
する(21)〜(31)のいずれかに記載の半導体素子。
【００４３】(33) 前記基板材料がシリコンであること
を特徴とする(32)に記載の半導体素子。 (34) 前記バッファ層は前記シリコンと反応する材料を
含んでいることを特徴とする(33)に記載の半導体素子。 (35) 前記基板の材料は半導体素子の製造過程で加えら
れる温度より高い融点を持つことを特徴とする(21)〜(3
4)のいずれかに記載の半導体素子。
を特徴とする(32)に記載の半導体素子。 (34) 前記バッファ層は前記シリコンと反応する材料を
含んでいることを特徴とする(33)に記載の半導体素子。 (35) 前記基板の材料は半導体素子の製造過程で加えら
れる温度より高い融点を持つことを特徴とする(21)〜(3
4)のいずれかに記載の半導体素子。
【００４４】(41) ＧａＮ系の半導体層と、導電性の基
板と、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒから選
ばれる１種又は２種以上の金属からなるバッファ層と、
から構成される半導体素子。 (42) 前記バッファ層の金属がＴｉ、Ｖ、Ｚｒから選ば
れる１種又は２種以上の金属であることを特徴とする(4
1)に記載の半導体素子。
板と、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒから選
ばれる１種又は２種以上の金属からなるバッファ層と、
から構成される半導体素子。 (42) 前記バッファ層の金属がＴｉ、Ｖ、Ｚｒから選ば
れる１種又は２種以上の金属であることを特徴とする(4
1)に記載の半導体素子。
【００４５】(43) 前記バッファ層の金属がＺｒである
ことを特徴とする(41)に記載の半導体素子。 (44) 前記基板の材料がシリコンであることを特徴とす
る(41)〜(43)に記載の半導体素子。
ことを特徴とする(41)に記載の半導体素子。 (44) 前記基板の材料がシリコンであることを特徴とす
る(41)〜(43)に記載の半導体素子。
【００４６】(51) 前記半導体素子は発光素子若しくは
受光素子であることを特徴とする請求項１及び前記全て
の項のいずれかに記載の半導体素子。
受光素子であることを特徴とする請求項１及び前記全て
の項のいずれかに記載の半導体素子。
【図１】図１はシリコン製の基板とＧａＮ系半導体層と
の熱膨張率の差に起因する素子の反りを説明する図であ
る。
の熱膨張率の差に起因する素子の反りを説明する図であ
る。
【図２】図２は本発明の概念図であり、シリコン製の基
板とＧａＮ系半導体層との間にバッファ層を介在させた
ときの応力緩和を示す。
板とＧａＮ系半導体層との間にバッファ層を介在させた
ときの応力緩和を示す。
【図３】図３はこの発明の実施例の発光ダイオードを示
す図である。
す図である。
【図４】図４は図３における基板、バッファ層及びｎク
ラッド層との拡大図であり、基板ーバッファ層間及びバ
ッファ層−ＧａＮ間の反応を示す。
ラッド層との拡大図であり、基板ーバッファ層間及びバ
ッファ層−ＧａＮ間の反応を示す。
１、１１、２１ 基板 １２、２２ バッファ層 ３、１３、２３、２４、２５ ＧａＮ系の半導体層 ２０ 半導体発光素子
Claims (1)
- 【請求項１】 ＧａＮ系の半導体層と、 基板と、 前記半導体層と前記基板との間に設けられるバッファ層
と、を備えてなる半導体素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP283599A JP3765457B2 (ja) | 1999-01-08 | 1999-01-08 | 半導体素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1997293463 Division | 1997-10-10 | 1997-10-10 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11284224A true JPH11284224A (ja) | 1999-10-15 |
| JP3765457B2 JP3765457B2 (ja) | 2006-04-12 |
Family
ID=11540486
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP283599A Expired - Fee Related JP3765457B2 (ja) | 1999-01-08 | 1999-01-08 | 半導体素子 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3765457B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007158128A (ja) * | 2005-12-06 | 2007-06-21 | Toyoda Gosei Co Ltd | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体光素子 |
| KR100774198B1 (ko) | 2006-03-16 | 2007-11-08 | 엘지전자 주식회사 | 수직형 발광 소자 |
| JP2008219019A (ja) * | 2000-11-27 | 2008-09-18 | Soi Tec Silicon On Insulator Technologies | 基板、特に光学、電子工学または電子光学用基板の製造方法、およびこの製造方法により得られる基板 |
| US7696523B2 (en) | 2006-03-14 | 2010-04-13 | Lg Electronics Inc. | Light emitting device having vertical structure and method for manufacturing the same |
| JP2011014938A (ja) * | 2000-04-26 | 2011-01-20 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | 発光半導体素子並びに発光性半導体素子の製造方法 |
| JP2020060519A (ja) * | 2018-10-12 | 2020-04-16 | 地方独立行政法人大阪産業技術研究所 | 歪センサ、およびその製造方法 |
-
1999
- 1999-01-08 JP JP283599A patent/JP3765457B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
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|---|---|---|---|---|
| JP2011014938A (ja) * | 2000-04-26 | 2011-01-20 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | 発光半導体素子並びに発光性半導体素子の製造方法 |
| JP2008219019A (ja) * | 2000-11-27 | 2008-09-18 | Soi Tec Silicon On Insulator Technologies | 基板、特に光学、電子工学または電子光学用基板の製造方法、およびこの製造方法により得られる基板 |
| JP2007158128A (ja) * | 2005-12-06 | 2007-06-21 | Toyoda Gosei Co Ltd | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体光素子 |
| US7696523B2 (en) | 2006-03-14 | 2010-04-13 | Lg Electronics Inc. | Light emitting device having vertical structure and method for manufacturing the same |
| US8203162B2 (en) | 2006-03-14 | 2012-06-19 | Lg Electronics Inc. | Light emitting device having vertical structrue and method for manufacturing the same |
| KR100774198B1 (ko) | 2006-03-16 | 2007-11-08 | 엘지전자 주식회사 | 수직형 발광 소자 |
| JP2020060519A (ja) * | 2018-10-12 | 2020-04-16 | 地方独立行政法人大阪産業技術研究所 | 歪センサ、およびその製造方法 |
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