JPH1154438A - 立方晶窒化物半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

立方晶窒化物半導体装置およびその製造方法

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JPH1154438A
JPH1154438A JP20567397A JP20567397A JPH1154438A JP H1154438 A JPH1154438 A JP H1154438A JP 20567397 A JP20567397 A JP 20567397A JP 20567397 A JP20567397 A JP 20567397A JP H1154438 A JPH1154438 A JP H1154438A
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nitride semiconductor
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cubic nitride
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正昭 油利
Tetsuzo Ueda
哲三 上田
Takaaki Baba
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 立方晶３−５族化合物半導体基板上に、表面
の平坦性および結晶性が良好な立方晶窒化物半導体結晶
を形成する。 【解決手段】 アルミニウムを含む立方晶の半導体層２
を有し、この半導体層２を窒素化合物の雰囲気中で加熱
することにより、この半導体層の一表面を窒化させ、そ
の後、窒素化合物と３族元素を含む化合物とを供給する
ことにより、半導体層２上に立方晶窒化物半導体層３を
形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、立方晶窒化物半導
体装置およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】窒化ガリウム、窒化インジウム、窒化ア
ルミニウムなどの立方晶窒化物半導体は、青色半導体レ
ーザ装置や、高温で高速動作するトランジスタなどに用
いる材料として好適である。
【０００３】以下、従来の立方晶窒化物半導体装置の製
造方法について説明する。図４は、従来の立方晶窒化物
半導体装置の製造工程を示すものである。
【０００４】図４（ａ）に示すように、まず、ＧａＡｓ
基板４を成長反応炉内に設置した後、Ａｓ化合物雰囲気
中で約６００℃に加熱することにより、ＧａＡｓ基板４
の表面に存在する酸化物を除去する。次に、成長反応炉
の雰囲気をＡｓ化合物からアンモニア（ＮＨ3）、また
はジメチルヒドラジン（（ＣＨ3）2−Ｎ2−Ｈ2）などの
窒素化合物に切り替え、引き続き加熱処理を施す。この
工程における加熱処理は、一般に「表面窒化」と呼ば
れ、この工程においてＧａＡｓ基板４の表面のＡｓ原子
がＮ原子と置換され、ＧａＡｓ基板４の表面に薄いＧａ
Ｎ結晶の膜が形成される。その後、Ｇａ化合物を供給す
ることにより、図４（ｂ）に示すように、ＧａＡｓ基板
４上に立方晶窒化物半導体であるＧａＮ結晶層５が形成
される。
【０００５】ＧａＡｓ基板４の代わりに、燐化ガリウム
（ＧａＰ）基板あるいは、シリコン（Ｓｉ）基板なども
用いられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の立方晶窒化物半導体装置の製造方法では、表面窒化
の工程でＡｓ原子とＮ原子とが置換される際に、Ｇａ原
子あるいはＧａＮ分子が基板表面に残される。これらＧ
ａ原子およびＧａＮ分子は、表面移動度が高く、また、
格子不整合に起因する大きな表面エネルギーを緩和する
方向に移動力が働くために、ＧａＡｓ基板表面を容易に
移動する。このため、ＧａＡｓ基板表面に高さ数十ない
し数百オングストロームのファセット状の凹凸が形成さ
れてしまうことが確認されている（Ｊｐｎ． Ｊ． Ａ
ｐｐｌ． Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３３（１９９４） ｐ
ｐ．１８−２２；ジャパニーズ ジャーナル オブ ア
プライド フィジックス３３巻、１９９４年、１８〜２
２頁）。この凹凸が一度形成されてしまうと、その後の
ＧａＮ結晶層の表面モフォロジーが悪化し、ＧａＮ結晶
層中に六方晶窒化物半導体が混在することとなり、Ｇａ
Ｎ結晶層の結晶性が著しく低下するという問題があっ
た。
【０００７】本発明は、基板上に凹凸を形成することな
く表面窒化を行うことにより、基板上に結晶性の良い立
方晶の窒化物半導体を形成することのできる立方晶窒化
物半導体装置およびその製造方法を提供することを目的
とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の立方晶窒化物半
導体装置は、アルミニウムを含む立方晶の半導体層の一
表面が窒化されており、この表面上に、立方晶窒化物半
導体層を形成することにより構成されるものである。
【０００９】また、本発明の立方晶窒化物半導体装置の
製造方法は、アルミニウムを含む立方晶の半導体層を形
成し、この半導体層を窒素化合物の雰囲気中で加熱する
ことにより、前記半導体層の一表面を窒化させ、その
後、前記半導体層上に窒素化合物と３族元素を含む化合
物とを供給することにより、前記半導体層上に立方晶窒
化物半導体層を形成するものである。
【００１０】本発明によれば、半導体層中に表面移動度
が極めて小さいアルミニウム原子が存在するため、表面
窒化の工程における３族原子および３族原子と窒素の化
合物分子の表面拡散が抑止され、このため、半導体層の
表面を平坦な状態に保ったまま表面窒化を行うことがで
きる。この結果、表面窒化された半導体層の上に平坦な
立方晶窒化物半導体層を形成することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図１ないし図３を用いて説明する。
【００１２】（実施の形態１）図１（ｃ）は、本発明の
実施の形態１における立方晶窒化物半導体装置の断面図
である。図１（ｃ）において、ＧａＡｓで構成される基
板１上にＡｌ0.3Ｇａ0 .7Ａｓで構成される半導体層２お
よびＧａＮで構成される立方晶窒化物半導体層３が順次
形成されている。なお、立方晶窒化物半導体層３に接す
る半導体層２の表面は表面窒化されている。
【００１３】次に、立方晶窒化物半導体装置の製造方法
について、図１（ａ）ないし図１（ｃ）を用いて説明す
る。
【００１４】まず、図１（ａ）に示す基板１を分子線エ
ピタキシー（ＭＢＥ）装置中でＡｓ分子線を照射しなが
ら約６００℃に加熱することにより、基板１の表面に存
在する酸化物を除去する。その後、ＧａおよびＡｌを供
給することにより、図１（ｂ）に示すようにＡｌ0.3Ｇ
ａ0.7Ａｓで構成される半導体層２を形成し、この半導
体層２の膜厚が約０．１μｍとなったところでＡｌ、Ｇ
ａ、およびＡｓの供給を中止する。
【００１５】次に、ジメチルヒドラジンの照射を開始
し、半導体層２の表面窒化を開始する。表面窒化中は、
反射型高速電子回折装置（ＲＨＥＥＤ）を用いて半導体
層２の表面の結晶状態を表すＲＨＥＥＤパターンをモニ
ターし、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓの存在を示すＲＨＥＥＤパ
ターンからＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎの存在を示すＲＨＥＥＤパ
ターンに遷移した時点をもって、半導体層２の表面から
数原子層のＡｓ原子がＮ原子に置換されたこと、すなわ
ち半導体層２が表面窒化されたことを確認することがで
きる。実施の形態１においては、ジメチルヒドラジンを
供給しはじめてから、このようなＲＨＥＥＤパターンの
遷移が起こるまでに、約５分間の時間を要した。
【００１６】この遷移を確認した後、ジメチルヒドラジ
ンに加えてＧａを供給することにより、ＧａＮで構成さ
れる立方晶窒化物半導体層３を成長させる。
【００１７】実施の形態１では、表面窒化から立方晶窒
化物半導体層３の成長が終了するまで、表面窒化された
半導体層２の表面および立方晶窒化物半導体層３の表面
が原子層レベルで平坦であることを意味するストリーク
状のＲＨＥＥＤパターンが観測された。以上のことか
ら、立方晶窒化物半導体層３の結晶性が優れていること
を確認することができた。
【００１８】図２は、半導体層２のＡｌの組成比と立方
晶窒化物半導体層３の表面の平坦性との関係を示す。図
２から明らかなように、半導体層２中にＡｌが含まれる
と、立方晶窒化物半導体層３の表面平坦性が向上し、特
にＡｌの組成比が０．１以上のとき、立方晶窒化物半導
体層３の表面平坦性は、Ａｌが含まれない場合（Ａｌの
組成比が０）に比して約２０倍向上することがわかる。
【００１９】（実施の形態２）図３（ｃ）は、本発明の
実施の形態２における立方晶窒化物半導体装置の断面図
である。図３（ｃ）において、ＧａＰで構成される基板
１上にＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｐで構成される半導体層２および
ＧａＮで構成される立方晶窒化物半導体層３が順次形成
されている。なお、立方晶窒化物半導体層３に接する半
導体層２の表面は表面窒化されている。
【００２０】次に、立方晶窒化物半導体装置の製造方法
について図３（ａ）ないし図３（ｃ）を用いて説明す
る。
【００２１】まず、図３（ａ）に示す基板１を分子線エ
ピタキシー（ＭＢＥ）装置中でＰ分子線を照射しながら
約７００℃に加熱することにより、基板１の表面に存在
する酸化物を除去する。その後、ＧａおよびＡｌを供給
することにより、図３（ｂ）に示すようにＡｌ0.1Ｇａ
0.9Ｐで構成される半導体層２を約０．１μｍの厚さで
形成し、Ａｌ、Ｇａ、およびＰの供給を中止する。
【００２２】以下、実施の形態１の場合と同様の方法に
より、立方晶窒化物半導体装置を製造する。なお、この
場合、半導体層２の表面窒化には約１０分間の時間を要
した。
【００２３】実施の形態２においても、表面窒化から立
方晶窒化物半導体層３の成長が終了するまで、表面窒化
された半導体層２の表面および立方晶窒化物半導体層３
の表面が原子層レベルで平坦であることを意味するスト
リーク状のＲＨＥＥＤパターンが観測され、結晶性の優
れた立方晶窒化物半導体層３が形成されていることを確
認することができた。
【００２４】上記実施の形態１および２においては、基
板１を用いたが、半導体層２を基板として用いるに十分
な厚さとすれば、基板１を用いずに立方晶窒化物半導体
装置を製造することができる。
【００２５】また、基板としてＩｎＡｓ、ＩｎＰ等のＩ
ｎを含む３−５族化合物半導体を用いた場合、あるい
は、表面窒化に用いる窒素化合物としてアンモニアや窒
素ラジカル等の原料を用いても同様の効果を得ることが
できる。
【００２６】さらに、結晶成長には、分子線エピタキシ
ー法の他、例えばＭＯＣＶＤ法やハライドＶＰＥ法を用
いても同様の効果を得ることができる。
【００２７】
【発明の効果】以上のように、本発明は、結晶性の優れ
た立方晶窒化物半導体層を有する立方晶窒化物半導体装
置を提供できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における立方晶窒化物半
導体装置の製造方法を示す図
【図２】同じく立方晶窒化物半導体装置の半導体層にお
けるＡｌ組成比と立方晶窒化物半導体層表面の平坦性と
の関係を示す図
【図３】本発明の実施の形態２における立方晶窒化物半
導体装置の製造方法を示す図
【図４】従来の立方晶窒化物半導体装置の製造方法を示
す図
【符号の説明】
１ 基板 ２ 半導体層 ３ 立方晶窒化物半導体層 ４ ＧａＡｓ基板 ５ ＧａＮ結晶層

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 アルミニウムを含む立方晶の半導体層の
    一表面が窒化されており、この表面上に、立方晶窒化物
    半導体層が形成されていることを特徴とする立方晶窒化
    物半導体装置。
  2. 【請求項２】 前記半導体層がＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＡ
    ｓ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ≦１）、前記
    立方晶窒化物半導体層がＡｌuＧａvＩｎ1-u-vＮ（０≦
    ｕ≦１、０≦ｖ≦１、０≦ｕ＋ｖ≦１）によってそれぞ
    れ構成されていることを特徴とする請求項１記載の立方
    晶窒化物半導体装置。
  3. 【請求項３】 前記半導体層がＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＰ
    （０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ≦１）、前記立
    方晶窒化物半導体層がＡｌuＧａvＩｎ1-u-vＮ（０≦ｕ
    ≦１、０≦ｖ≦１、０≦ｕ＋ｖ≦１）によってそれぞれ
    構成されていることを特徴とする請求項１記載の立方晶
    窒化物半導体装置。
  4. 【請求項４】 アルミニウムを含む立方晶の半導体層を
    形成し、この半導体層を窒素化合物の雰囲気中で加熱す
    ることにより、前記半導体層の一表面を窒化させ、その
    後、前記半導体層上に窒素化合物と３族元素を含む化合
    物とを供給することにより、前記半導体層上に立方晶窒
    化物半導体層を形成することを特徴とする立方晶窒化物
    半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項５】 前記半導体層がＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＡ
    ｓ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ≦１）、前記
    立方晶窒化物半導体層がＡｌuＧａvＩｎ1-u-vＮ（０≦
    ｕ≦１、０≦ｖ≦１、０≦ｕ＋ｖ≦１）によってそれぞ
    れ構成されていることを特徴とする請求項４記載の立方
    晶窒化物半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項６】 前記半導体層がＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＰ
    （０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ≦１）、前記立
    方晶窒化物半導体層がＡｌuＧａvＩｎ1-u-vＮ（０≦ｕ
    ≦１、０≦ｖ≦１、０≦ｕ＋ｖ≦１）によってそれぞれ
    構成されていることを特徴とする請求項４記載の立方晶
    窒化物半導体装置の製造方法。
JP20567397A 1997-07-31 1997-07-31 立方晶窒化物半導体装置およびその製造方法 Pending JPH1154438A (ja)

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