JPS617621A - 窒化ガリウム半導体装置の製造方法 - Google Patents

窒化ガリウム半導体装置の製造方法

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JPS617621A
JPS617621A JP59127936A JP12793684A JPS617621A JP S617621 A JPS617621 A JP S617621A JP 59127936 A JP59127936 A JP 59127936A JP 12793684 A JP12793684 A JP 12793684A JP S617621 A JPS617621 A JP S617621A
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JP59127936A
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Toshiharu Kawabata
川端 敏治
Susumu Furuike
進 古池
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は結晶性が良質で組立工程が容易な窒化ガリウム
半導体装置の製造方法に関するものである。
従来例の構成とその問題点 窒化ガリウム(以下GaNと記す)は直接遷移ケの広い
バンドギャップを有する半導体で青色発光素子の材料と
して有望視されている。
GaNは、大きな単結晶がなかなか実現できず、通常サ
ファイア基板上に気相法によりエピタキシャル成長させ
たものが用いられている。しかし、サファイアとGaN
oC面内の格子の不整合が13.9%と大きく、サファ
イアとGaNの界面に大きな応力が加わシ、ミスフィツ
ト転位が発生するなど、GaNの結晶性の悪化の原因と
なっている。
また、GaNはイオン結合の強い結晶でシリコン(Si
)や砒化ガリウム(GaAs )などの共有結合性の結
晶に比較して結晶が不完全で窒素(N)の空孔などの結
晶欠陥を多く含んでいる。このGaNの結晶では窒素の
空孔はドナーとして振舞うので不純物を添加しなくても
低抵抗のn型半導体となる。そこでアクセプタ不純物を
添加してもそのほとんどが電荷補償で費やされ、せいぜ
い絶縁体になるか、あるいは高抵抗のp型(π型ともい
う)の半導体になる程度でなかなか低抵抗のp型半導体
が得られない゛。このためG a Nの青色発光素子は
完全なpn接合ではなく、□概ねi(π)−−接合構造
である。
第1図は、従来のGaN発光素子の概略断面図であり、
サファイア基板1の上に厚さ100μm程度のn型Ga
N層2と、さらに、この上に亜鉛(Zn)を添加した高
比抵抗のi(π)型GaN層3を厚さ1μm程度に形成
したもので、とのi(π)型GaN層3上には金属の電
極層゛4を設けてそれに金属細線5を圧着する。ところ
が、サファイアは電気的に完全な絶縁体であり、n型G
aN層2への電極形成はなかなか面倒である。
そこで、表面のi(π)型GaN層3に開口を形成し、
n型GaN層2と接触する方法も考えられるが、GaN
結晶は化学的に安定性の高い物質で薬品による化学的な
エツチングが困難である。また非常に硬い□′物質であ
るために機械的な窓あけも困難である。そこで通常は第
1図に示すようにn型GaN層2の側面にインジウム電
極部6を設け、他方の電極部7との間を針状細線8によ
り金属ステム9に電気的に接続する方策が用いられる。
しかし、この部位へのインジウム電極6形成ならびに針
状細線8の接続作業は至難であり製造性の悪いものであ
った。
発明の目的 本発明は、サファイアとGaNの格子不整合が大きいた
め、これらの中間の格子定数を有する結晶をバッファ層
としてサファイアとGaN層の間に設けることにより良
質の結晶性を有するGaN層を成長するとともに、この
バッファ層を選択的に除去することによシ、GaN半導
体素子の上面と下面に電極を形成することができる方法
を提供するものである。
発明の*X 本発明は、要約するに、サファイア基板上にバッファ層
として窒化アルミニウム(以下AQNと記す)層を形成
した後、前記AffiN膜上にGaN層を形成し、つい
で、水あるいは酸性溶液あるいはアルカリ性溶液により
前記AQN層を選択的に溶解除去し、サファイア基板よ
りGaNをはく離させる工程をそなえたものであり、こ
れにより、GaN層の結晶性が良質になるとともに、G
aN層の上面と下面に電極を形成することができるので
、GaNの半導体装置が通常のワイヤボンド技術で組立
可能になりGaN半導体装置の製造性が大幅に向上する
実施例の説明 つぎに本発明を実施例により詳しく説明する。
0面のサファイア基板上に、有機金属熱分解法(MOC
VD法)によりトリメチルアルミニウム(TMA)とア
ンモニア(NH3)を反応させ、1200℃の温度でま
ず、AQN層を約5μm成長させる。さらに、成長温度
を950℃に低下させ、トリメチルアルミニウムの代り
にトリメチルガリウム(TMG)を導入し、アンモニア
(NH3)と反応させ、n型のGaN層を約100μm
の厚さで成長させ、引きつづきアクセプタ不純物として
ジメチル亜鉛(DMZ)により亜鉛を添加した絶縁性の
GaN層を約1μmの厚さに成長させる。
C面内のサファイアとGaNの格子不整合は、13.9
%と大きく、GaN層の厚さが厚くなるとは30μm以
上の厚さに成長することは不可能であったが、AQNと
GaNの格子不整合は2.4%と小さく、サファイアと
GaN0間にバッフ7層としてAQN層を設ける事によ
り、100μmのGaN層を形成することができる。こ
のように、AQNのバッフ1層の形成によシ、結晶性が
良質なGaN層を得ることができる。
次に、このように成長したウェハを沸騰した水あるいは
塩酸等の酸性溶液あるいは、水酸化ナトリウム等のアル
カリ性溶液に浸すと、GaNとすファイアは化学的に極
めて安定な物質であるが、AQNには弱い潮解性の性質
があるために、AQNだけが選択的に溶解除去される。
こうして、GaN層をサファイア基板からはく離したの
ち、GaN層の上面と下面に金属膜たとえばアルミニウ
ム(AQ  )膜を蒸着形成し、これにバター木ングを
行い電極を形成する。
第2図は金属ステム9上に本発明の方法で形成したGa
N半導体装置を組み込んだものの概略断固であり、銀ペ
ーストにより下面電極1oと金属ステム9を電気的に接
続し、上面電極4に関しては金属細線5を用いて通常の
ワイヤボンディング技術で電極接続を行なったものであ
る。
発明の効果 本発明によれば、サファイアとG a N層の間にバッ
ファ層としてAQN層を形成することにより、サファイ
アとGaNの格子不整合に起因する応力を緩和してGa
Nの結晶性が大幅に良質になるとともに、このAQN層
の選択的に除去が行われ、この技術を用いることにより
GaN結晶を用いる単導体装置で上面と下面に電極形成
が可能になり、製造性が格段に向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来例のGaN発光素子の概略断面図、第2図
は本発明の実施例で得られたGaN発光素子の概略断面
図である。 1・・・・・・サファイア基板1,2・・・・・・n型
GaN層、3・・・・・・i(π)型GaN層、4,1
0・・・・・・電極層、6・・・・・・金属細線(ボン
ディングワイヤ)、6,7・・・・・・インジウム電極
、8・・・・・・針状細線。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図 第2図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)結晶基板上に窒化アルミニウム層を形成したのち
    、前記窒化アルミニウム層上に窒化ガリウム層を形成し
    、前記窒化アルミニウム層を選択的に除去して、前記窒
    化ガリウム層を前記サファイア基板からはく離すること
    を特徴とする窒化ガリウム半導体装置の製造方法。
  2. (2)窒化ガリウム層が絶縁性もしくはp型領域とn型
    領域からなることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の窒化ガリウム半導体装置の製造方法。
  3. (3)窒化アルミニウム層の除去が水または酸性または
    アルカリ性溶液により溶解させることを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載の窒化ガリウム半導体装置の製造
    方法。
  4. (4)結晶基板がサファイアでなる特許請求の範囲第1
    項に記載の窒化ガリウム半導体装置の製造方法。
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