JP2002170776A - 低転位バッファーおよびその製造方法ならびに低転位バッファーを備えた素子 - Google Patents
低転位バッファーおよびその製造方法ならびに低転位バッファーを備えた素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】簡単なプロセスにより短時間で形成可能であ
り、かつ、クラックの発生する恐れのない低転位バッフ
ァーを提供する。 【解決手段】基板と上記基板上に素子構造を構成するた
めに形成される素子材料としての窒化物半導体との間に
形成する低転位バッファーにおいて、不純物をドーピン
グ・レベルを超えた濃度で含有した窒化物半導体よりな
る第１の層と不純物を含有していない窒化物半導体より
なる第２の層とを、基板上に交互に所定数積層して超格
子構造を形成する。
り、かつ、クラックの発生する恐れのない低転位バッフ
ァーを提供する。 【解決手段】基板と上記基板上に素子構造を構成するた
めに形成される素子材料としての窒化物半導体との間に
形成する低転位バッファーにおいて、不純物をドーピン
グ・レベルを超えた濃度で含有した窒化物半導体よりな
る第１の層と不純物を含有していない窒化物半導体より
なる第２の層とを、基板上に交互に所定数積層して超格
子構造を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、低転位バッファー
およびその製造方法ならびに低転位バッファーを備えた
素子に関し、さらに詳細には、各種の材料からなる基板
上などに、例えば、ＧａＮ（窒化ガリウム）などの窒化
物半導体の薄膜や厚膜などのエピタキシャル半導体層
を、所定の素子構造を構成するための素子材料として形
成する際において、当該基板などと当該エピタキシャル
半導体層との間に形成するバッファー層として用いて好
適な低転位バッファーおよびその製造方法ならびに低転
位バッファーを備えた発光素子、受光素子あるいは電子
素子などの各種の素子に関する。
およびその製造方法ならびに低転位バッファーを備えた
素子に関し、さらに詳細には、各種の材料からなる基板
上などに、例えば、ＧａＮ（窒化ガリウム）などの窒化
物半導体の薄膜や厚膜などのエピタキシャル半導体層
を、所定の素子構造を構成するための素子材料として形
成する際において、当該基板などと当該エピタキシャル
半導体層との間に形成するバッファー層として用いて好
適な低転位バッファーおよびその製造方法ならびに低転
位バッファーを備えた発光素子、受光素子あるいは電子
素子などの各種の素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】青色波長域から紫外波長域に至る短波長
域における発光素子の素子構造を構成するための素子材
料として、近年、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体の一つであ
るＧａＮが着目されている。最近では、ＧａＮ系薄膜を
素子材料として素子構造を形成した発光素子として、青
色発光ダイオード（ＬＥＤ）が実現されるとともに、Ｇ
ａＮ系薄膜を素子材料として素子構造を形成する青色レ
ーザーなどの発光素子や受光素子あるいは電子素子の研
究も進められている。
域における発光素子の素子構造を構成するための素子材
料として、近年、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体の一つであ
るＧａＮが着目されている。最近では、ＧａＮ系薄膜を
素子材料として素子構造を形成した発光素子として、青
色発光ダイオード（ＬＥＤ）が実現されるとともに、Ｇ
ａＮ系薄膜を素子材料として素子構造を形成する青色レ
ーザーなどの発光素子や受光素子あるいは電子素子の研
究も進められている。
【０００３】なお、ＧａＮ系薄膜としては、ＧａＮのみ
ならず、例えば、ＡｌＧａＮやＩｎＧａＮなどのＩＩＩ
−Ｖ族窒化物半導体が知られている。
ならず、例えば、ＡｌＧａＮやＩｎＧａＮなどのＩＩＩ
−Ｖ族窒化物半導体が知られている。
【０００４】こうしたＧａＮ系薄膜などの窒化物半導体
を素子材料として素子構造を形成した青色ＬＥＤの発光
の効率を向上させたり、ＧａＮ系薄膜などの窒化物半導
体を素子材料として素子構造を形成する青色レーザーな
どの各種の発光素子や受光素子あるいは電子素子を実現
するためには、ＧａＮ系薄膜などの窒化物半導体中に存
在する貫通転位密度（単位面積当たりの貫通転位の数）
を低減させる必要があることが指摘されていた。
を素子材料として素子構造を形成した青色ＬＥＤの発光
の効率を向上させたり、ＧａＮ系薄膜などの窒化物半導
体を素子材料として素子構造を形成する青色レーザーな
どの各種の発光素子や受光素子あるいは電子素子を実現
するためには、ＧａＮ系薄膜などの窒化物半導体中に存
在する貫通転位密度（単位面積当たりの貫通転位の数）
を低減させる必要があることが指摘されていた。
【０００５】即ち、こうした貫通転位は、発光素子の発
光効率や発光寿命の減少、受光素子の暗電流の増大、接
合トランジスタや電界効果トランジスタの漏れ電流（リ
ーク電流）の増大に直接影響するので、その低減は極め
て重要な技術であると考えられている。
光効率や発光寿命の減少、受光素子の暗電流の増大、接
合トランジスタや電界効果トランジスタの漏れ電流（リ
ーク電流）の増大に直接影響するので、その低減は極め
て重要な技術であると考えられている。
【０００６】ところで、その上に窒化物半導体をエピタ
キシャル成長させる際に用いる基板としては、現在まで
のところ窒化物半導体と格子整合する基板が存在しな
い。このため、窒化物半導体以外の他のＩＩＩ−Ｖ族半
導体（砒化ガリウム（ＧａＡｓ）、燐化インジウム（Ｉ
ｎＰ）などである。）をエピタキシャル成長させる際に
用いる基板として従来より広く使用されているサファイ
ア（Ａｌ２Ｏ３）や炭化シリコン（ＳｉＣ）の基板が、
広く用いられているのが現状である。
キシャル成長させる際に用いる基板としては、現在まで
のところ窒化物半導体と格子整合する基板が存在しな
い。このため、窒化物半導体以外の他のＩＩＩ−Ｖ族半
導体（砒化ガリウム（ＧａＡｓ）、燐化インジウム（Ｉ
ｎＰ）などである。）をエピタキシャル成長させる際に
用いる基板として従来より広く使用されているサファイ
ア（Ａｌ２Ｏ３）や炭化シリコン（ＳｉＣ）の基板が、
広く用いられているのが現状である。
【０００７】そして、これらサファイア基板や炭化シリ
コン基板上にバッファーとしてＡｌＧａＮなどの窒化物
半導体を形成し、この窒化物半導体よりなるバッファー
層上に、素子構造を構成するための素子材料として使用
する窒化物半導体をエピタキシャル成長させるようにな
されていた。
コン基板上にバッファーとしてＡｌＧａＮなどの窒化物
半導体を形成し、この窒化物半導体よりなるバッファー
層上に、素子構造を構成するための素子材料として使用
する窒化物半導体をエピタキシャル成長させるようにな
されていた。
【０００８】ところが、上記したサファイア基板や炭化
シリコン基板上にバッファー層として形成された窒化物
半導体バッファーにおける貫通転位密度は、サファイア
基板や炭化シリコン基板と窒化物半導体との間の格子定
数差に起因して、サファイア基板上や炭化シリコン基板
上に形成され実用化されている他のＩＩＩ−Ｖ族半導体
（ＧａＡｓ、ＩｎＰなどである。）における貫通転位密
度と比較すると、極めて高い値を示している。
シリコン基板上にバッファー層として形成された窒化物
半導体バッファーにおける貫通転位密度は、サファイア
基板や炭化シリコン基板と窒化物半導体との間の格子定
数差に起因して、サファイア基板上や炭化シリコン基板
上に形成され実用化されている他のＩＩＩ−Ｖ族半導体
（ＧａＡｓ、ＩｎＰなどである。）における貫通転位密
度と比較すると、極めて高い値を示している。
【０００９】バッファー層の上に素子構造を構成するた
めの素子材料として形成される窒化物半導体における貫
通転位密度は、バッファー層における貫通転位密度に依
存するので、バッファー層における貫通転位密度の低減
は極めて重要な問題であった。
めの素子材料として形成される窒化物半導体における貫
通転位密度は、バッファー層における貫通転位密度に依
存するので、バッファー層における貫通転位密度の低減
は極めて重要な問題であった。
【００１０】具体的には、従来のバッファーの構造を模
式的に表した断面説明図である図１に示すように、６Ｈ
−ＳｉＣ（０００１）よりなる基板１００上に、ＡｌＮ
（窒化アルミニウム）よりなる薄膜１０２を介してバッ
ファー１０４としてＡｌ０． １５Ｇａ０．７５Ｎを８０
０ｎｍの膜厚で形成した。
式的に表した断面説明図である図１に示すように、６Ｈ
−ＳｉＣ（０００１）よりなる基板１００上に、ＡｌＮ
（窒化アルミニウム）よりなる薄膜１０２を介してバッ
ファー１０４としてＡｌ０． １５Ｇａ０．７５Ｎを８０
０ｎｍの膜厚で形成した。
【００１１】なお、バッファー１０４の層上には、貫通
転位密度評価のために用いる貫通転位密度評価用薄膜１
０６が形成されている。この貫通転位密度評価用薄膜１
０６は、低温で成膜された膜厚１００ｎｍのＩｎ０．２
Ｇａ０．８Ｎよりなる薄膜であって、ＳＥＭやＴＥＭに
よる貫通転位密度評価のためにのみ用いられる。貫通転
位密度は、貫通転位密度評価用薄膜１０６の成長ピット
密度（ＧｒｏｗｔｈＰｉｔ Ｄｅｎｓｉｔｙ）から評価
した。
転位密度評価のために用いる貫通転位密度評価用薄膜１
０６が形成されている。この貫通転位密度評価用薄膜１
０６は、低温で成膜された膜厚１００ｎｍのＩｎ０．２
Ｇａ０．８Ｎよりなる薄膜であって、ＳＥＭやＴＥＭに
よる貫通転位密度評価のためにのみ用いられる。貫通転
位密度は、貫通転位密度評価用薄膜１０６の成長ピット
密度（ＧｒｏｗｔｈＰｉｔ Ｄｅｎｓｉｔｙ）から評価
した。
【００１２】従って、バッファー１０４の層上に素子構
造を構成するための素子材料として、窒化物半導体をエ
ピタキシャル成長させる場合には不要なものである。
造を構成するための素子材料として、窒化物半導体をエ
ピタキシャル成長させる場合には不要なものである。
【００１３】図２は、貫通転位密度評価用薄膜１０６の
表面のＳＥＭ像であり、このＳＥＭ像における濃色の円
形状部位が貫通転位であって、高い密度で貫通転位が発
生していることが明瞭に示されている。
表面のＳＥＭ像であり、このＳＥＭ像における濃色の円
形状部位が貫通転位であって、高い密度で貫通転位が発
生していることが明瞭に示されている。
【００１４】具体的には、６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）よ
りなる基板１００上にバッファー１０４としてＡｌ
０．１５Ｇａ０．７５Ｎを８００ｎｍの膜厚で形成した
場合には、１０９ｃｍ−２〜１０１１ｃｍ−２の高い密
度で貫通転位が発生することになる。
りなる基板１００上にバッファー１０４としてＡｌ
０．１５Ｇａ０．７５Ｎを８００ｎｍの膜厚で形成した
場合には、１０９ｃｍ−２〜１０１１ｃｍ−２の高い密
度で貫通転位が発生することになる。
【００１５】上記したことに鑑みて、サファイア基板や
炭化シリコン基板上にバッファーとして形成された窒化
物半導体の貫通転位密度を減少させる手法として、例え
ば、ＥＬＯ（Ｅｐｉｔａｘｉａｌｌｙ Ｌａｔｅｒａｌ
Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）法やペンデオ・エピタキシー
法を用いて当該基板上に貫通転位密度の低い窒化物半導
体をバッファーとして形成することが提案されている。
炭化シリコン基板上にバッファーとして形成された窒化
物半導体の貫通転位密度を減少させる手法として、例え
ば、ＥＬＯ（Ｅｐｉｔａｘｉａｌｌｙ Ｌａｔｅｒａｌ
Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）法やペンデオ・エピタキシー
法を用いて当該基板上に貫通転位密度の低い窒化物半導
体をバッファーとして形成することが提案されている。
【００１６】しかしながら、上記したＥＬＯ法やペンデ
オ・エピタキシー法により窒化物半導体をバッファーと
して形成するには、複雑なプロセスを伴うためにその作
業が繁雑になり、またそのための作業時間も増大すると
いう問題点があった。
オ・エピタキシー法により窒化物半導体をバッファーと
して形成するには、複雑なプロセスを伴うためにその作
業が繁雑になり、またそのための作業時間も増大すると
いう問題点があった。
【００１７】さらに、上記したＥＬＯ法やペンデオ・エ
ピタキシー法により窒化物半導体をバッファーとして形
成するには、表面の平坦化のために当該バッファーを少
なくとも数ミクロン程度の厚膜として成膜する必要があ
り、成膜時間に長時間を要するという問題点があるとと
もに、厚膜の成膜に伴いクラックが発生するようになる
という問題点もあった。
ピタキシー法により窒化物半導体をバッファーとして形
成するには、表面の平坦化のために当該バッファーを少
なくとも数ミクロン程度の厚膜として成膜する必要があ
り、成膜時間に長時間を要するという問題点があるとと
もに、厚膜の成膜に伴いクラックが発生するようになる
という問題点もあった。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記したよ
うな従来の技術が有する種々の問題点に鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、各種の材料から
なる基板上などに、例えば、ＧａＮなどの窒化物半導体
の薄膜や厚膜などのエピタキシャル半導体層を、所定の
素子構造を構成するための素子材料として形成する際に
おいて、当該基板などと当該エピタキシャル半導体層と
の間に形成するバッファー層として低転位密度のバッフ
ァーを形成し、その際に、煩雑なプロセスを必要とせ
ず、また、表面の平坦化のために厚膜として成膜する必
要がないようして、簡単なプロセスにより短時間で形成
可能であり、かつ、クラックの発生する恐れのない低転
位バッファーおよびその製造方法ならびに低転位バッフ
ァーを備えた素子を提供しようとするものである。
うな従来の技術が有する種々の問題点に鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、各種の材料から
なる基板上などに、例えば、ＧａＮなどの窒化物半導体
の薄膜や厚膜などのエピタキシャル半導体層を、所定の
素子構造を構成するための素子材料として形成する際に
おいて、当該基板などと当該エピタキシャル半導体層と
の間に形成するバッファー層として低転位密度のバッフ
ァーを形成し、その際に、煩雑なプロセスを必要とせ
ず、また、表面の平坦化のために厚膜として成膜する必
要がないようして、簡単なプロセスにより短時間で形成
可能であり、かつ、クラックの発生する恐れのない低転
位バッファーおよびその製造方法ならびに低転位バッフ
ァーを備えた素子を提供しようとするものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のうち請求項１に記載の発明は、基板と上記
基板上に素子構造を構成するために形成される素子材料
としての窒化物半導体との間に形成する低転位バッファ
ーにおいて、不純物をドーピング・レベルを超えた濃度
で含有した窒化物半導体よりなる第１の層と不純物を含
有していない窒化物半導体よりなる第２の層とを、基板
上に交互に所定数積層して超格子構造を形成するように
したものである。
に、本発明のうち請求項１に記載の発明は、基板と上記
基板上に素子構造を構成するために形成される素子材料
としての窒化物半導体との間に形成する低転位バッファ
ーにおいて、不純物をドーピング・レベルを超えた濃度
で含有した窒化物半導体よりなる第１の層と不純物を含
有していない窒化物半導体よりなる第２の層とを、基板
上に交互に所定数積層して超格子構造を形成するように
したものである。
【００２０】上記した本発明のうち請求項１に記載の発
明のように、不純物がドーピング・レベルを超えた濃度
で含有された窒化物半導体よりなる第１の層と不純物を
含有していない窒化物半導体よりなる第２の層とを所定
数積層してなる超格子構造により構成された低転位バッ
ファーは、貫通転位密度が、例えば、「５×１０７ｃｍ
−２」に低減される。
明のように、不純物がドーピング・レベルを超えた濃度
で含有された窒化物半導体よりなる第１の層と不純物を
含有していない窒化物半導体よりなる第２の層とを所定
数積層してなる超格子構造により構成された低転位バッ
ファーは、貫通転位密度が、例えば、「５×１０７ｃｍ
−２」に低減される。
【００２１】ここで、本発明のうち請求項２に記載の発
明のように、本発明のうち請求項１に記載の発明におい
て、上記第１の層を形成する窒化物半導体に含有される
不純物の濃度を１０１８ｃｍ−３〜１０％としてもよ
い。
明のように、本発明のうち請求項１に記載の発明におい
て、上記第１の層を形成する窒化物半導体に含有される
不純物の濃度を１０１８ｃｍ−３〜１０％としてもよ
い。
【００２２】また、本発明のうち請求項３に記載の発明
のように、本発明のうち請求項１または請求項２のいず
れか１項に記載の発明において、上記不純物は、Ｓｉ
（シリコン）、Ｃ（炭素）、Ｍｇ（マグネシウム）また
はＯ（酸素）としてもよい。
のように、本発明のうち請求項１または請求項２のいず
れか１項に記載の発明において、上記不純物は、Ｓｉ
（シリコン）、Ｃ（炭素）、Ｍｇ（マグネシウム）また
はＯ（酸素）としてもよい。
【００２３】また、本発明のうち請求項４に記載の発明
のように、本発明のうち請求項１、請求項２または請求
項３のいずれか１項に記載の発明において、上記第１の
層と上記第２の層とを形成する窒化物半導体は、ＩＩＩ
−Ｖ族窒化物半導体としてもよい。
のように、本発明のうち請求項１、請求項２または請求
項３のいずれか１項に記載の発明において、上記第１の
層と上記第２の層とを形成する窒化物半導体は、ＩＩＩ
−Ｖ族窒化物半導体としてもよい。
【００２４】また、本発明のうち請求項５に記載の発明
のように、本発明のうち請求項１、請求項２、請求項３
または請求項４のいずれか１項に記載の発明において、
上記基板は、Ｓｉ（シリコン）、ＳｉＣ（炭化シリコ
ン）、Ａｌ２Ｏ３（サファイア）またはＧａＡｓ（砒化
ガリウム）よりなるものとしてもよい。
のように、本発明のうち請求項１、請求項２、請求項３
または請求項４のいずれか１項に記載の発明において、
上記基板は、Ｓｉ（シリコン）、ＳｉＣ（炭化シリコ
ン）、Ａｌ２Ｏ３（サファイア）またはＧａＡｓ（砒化
ガリウム）よりなるものとしてもよい。
【００２５】さらに、本発明のうち請求項６に記載の発
明は、基板と上記基板上に素子構造を構成するために形
成される素子材料としての窒化物半導体との間に形成す
る低転位バッファーを製造する低転位バッファーの製造
方法において、不純物をドーピング・レベルを超えた濃
度で含有した窒化物半導体よりなる第１の層または不純
物を含有していない窒化物半導体よりなる第２の層のう
ちいずれか一方を形成する第１のステップと、上記第１
の層または上記第２の層のうちで、上記第１のステップ
により形成されていない層を上記第１のステップにより
形成された層上に形成する第２のステップとを有し、上
記第１のステップと上記第２のステップとを交互に所定
数繰り返して、基板上に上記第１の層と上記第２の層と
を交互に所定数積層した超格子構造を形成するようにし
たものである。
明は、基板と上記基板上に素子構造を構成するために形
成される素子材料としての窒化物半導体との間に形成す
る低転位バッファーを製造する低転位バッファーの製造
方法において、不純物をドーピング・レベルを超えた濃
度で含有した窒化物半導体よりなる第１の層または不純
物を含有していない窒化物半導体よりなる第２の層のう
ちいずれか一方を形成する第１のステップと、上記第１
の層または上記第２の層のうちで、上記第１のステップ
により形成されていない層を上記第１のステップにより
形成された層上に形成する第２のステップとを有し、上
記第１のステップと上記第２のステップとを交互に所定
数繰り返して、基板上に上記第１の層と上記第２の層と
を交互に所定数積層した超格子構造を形成するようにし
たものである。
【００２６】上記した本発明のうち請求項６に記載の発
明によれば、上記第１のステップと上記第２のステップ
とを交互に所定数繰り返すことにより、不純物がドーピ
ング・レベルを超えた濃度で含有された窒化物半導体よ
りなる第１の層と不純物を含有していない窒化物半導体
よりなる第２の層とを所定数積層してなる超格子構造に
より、貫通転位密度が、例えば、「５×１０７ｃ
ｍ−２」に低減された低転位バッファーが形成されるこ
とになり、簡単なプロセスにより短時間でクラックの発
生する恐れのない膜厚の薄い低転位バッファーを形成す
ることができる。
明によれば、上記第１のステップと上記第２のステップ
とを交互に所定数繰り返すことにより、不純物がドーピ
ング・レベルを超えた濃度で含有された窒化物半導体よ
りなる第１の層と不純物を含有していない窒化物半導体
よりなる第２の層とを所定数積層してなる超格子構造に
より、貫通転位密度が、例えば、「５×１０７ｃ
ｍ−２」に低減された低転位バッファーが形成されるこ
とになり、簡単なプロセスにより短時間でクラックの発
生する恐れのない膜厚の薄い低転位バッファーを形成す
ることができる。
【００２７】ここで、本発明のうち請求項７に記載の発
明のように、本発明のうち請求項６に記載の発明におい
て、上記第１の層を形成する窒化物半導体に含有される
不純物の濃度を略１％以上としてもよい。
明のように、本発明のうち請求項６に記載の発明におい
て、上記第１の層を形成する窒化物半導体に含有される
不純物の濃度を略１％以上としてもよい。
【００２８】また、本発明のうち請求項８に記載の発明
のように、本発明のうち請求項６または請求項７のいず
れか１項に記載の発明において、上記不純物は、Ｓｉ
（シリコン）、Ｃ（炭素）、Ｍｇ（マグネシウム）また
はＯ（酸素）としてもよい。
のように、本発明のうち請求項６または請求項７のいず
れか１項に記載の発明において、上記不純物は、Ｓｉ
（シリコン）、Ｃ（炭素）、Ｍｇ（マグネシウム）また
はＯ（酸素）としてもよい。
【００２９】また、本発明のうち請求項９に記載の発明
のように、本発明のうち請求項６、請求項７または請求
項８のいずれか１項に記載の発明において、上記第１の
層と上記第２の層とを形成する窒化物半導体は、ＩＩＩ
−Ｖ族窒化物半導体としてもよい。
のように、本発明のうち請求項６、請求項７または請求
項８のいずれか１項に記載の発明において、上記第１の
層と上記第２の層とを形成する窒化物半導体は、ＩＩＩ
−Ｖ族窒化物半導体としてもよい。
【００３０】また、本発明のうち請求項１０に記載の発
明のように、本発明のうち請求項６、請求項７、請求項
８または請求項９のいずれか１項に記載の発明におい
て、上記基板は、Ｓｉ（シリコン）、ＳｉＣ（炭化シリ
コン）、Ａｌ２Ｏ３（サファイア）またはＧａＡｓ（砒
化ガリウム）よりなるものとしてもよい。
明のように、本発明のうち請求項６、請求項７、請求項
８または請求項９のいずれか１項に記載の発明におい
て、上記基板は、Ｓｉ（シリコン）、ＳｉＣ（炭化シリ
コン）、Ａｌ２Ｏ３（サファイア）またはＧａＡｓ（砒
化ガリウム）よりなるものとしてもよい。
【００３１】さらに、本発明のうち請求項１１に記載の
発明は、本発明のうち請求項１、、請求項２、請求項
３、請求項４または請求項５のいずれか１項に記載の低
転位バッファー上に、窒化物半導体を素子材料として所
定の素子構造を構成したものである。
発明は、本発明のうち請求項１、、請求項２、請求項
３、請求項４または請求項５のいずれか１項に記載の低
転位バッファー上に、窒化物半導体を素子材料として所
定の素子構造を構成したものである。
【００３２】また、本発明のうち請求項１２に記載の発
明のように、本発明のうち請求項１１に記載の発明にお
いて、上記素子構造を構成するための素子材料となる窒
化物半導体は、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体としてもよ
い。
明のように、本発明のうち請求項１１に記載の発明にお
いて、上記素子構造を構成するための素子材料となる窒
化物半導体は、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体としてもよ
い。
【００３３】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照しなが
ら、本発明による低転位バッファーおよびその製造方法
ならびに低転位バッファーを備えた素子の実施の形態の
一例を詳細に説明するものとする。
ら、本発明による低転位バッファーおよびその製造方法
ならびに低転位バッファーを備えた素子の実施の形態の
一例を詳細に説明するものとする。
【００３４】図３には、本発明による低転位バッファー
の実施の形態の一例の構造を模式的に示す断面説明図が
示されている。
の実施の形態の一例の構造を模式的に示す断面説明図が
示されている。
【００３５】即ち、６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）よりなる
基板１０上に、第１初期層１２としてＡｌＮの薄膜を形
成し、この第１初期層１２たるＡｌＮ薄膜上に、第２初
期層１４としてＡｌ０．１５Ｇａ０．７５Ｎを２００ｎ
ｍの膜厚で形成する。
基板１０上に、第１初期層１２としてＡｌＮの薄膜を形
成し、この第１初期層１２たるＡｌＮ薄膜上に、第２初
期層１４としてＡｌ０．１５Ｇａ０．７５Ｎを２００ｎ
ｍの膜厚で形成する。
【００３６】さらに、この第２初期層１４たるＡｌ
０．１５Ｇａ０．７５Ｎ上に、不純物を高濃度で含有し
た窒化物半導体（以下、「不純物を高濃度で含有した窒
化物半導体」を「高濃度不純物含有窒化物半導体」と称
することとする。）よりなる高濃度不純物含有窒化物半
導体層１６ａと不純物を含有していない窒化物半導体
（以下、「不純物を含有していない窒化物半導体」を
「不純物不含有窒化物半導体」と称することとする。）
よりなる不純物不含有窒化物半導体層１６ｂとを交互に
所定数積層した超格子構造よりなる低転位バッファー
を、バッファー層１６として形成した。
０．１５Ｇａ０．７５Ｎ上に、不純物を高濃度で含有し
た窒化物半導体（以下、「不純物を高濃度で含有した窒
化物半導体」を「高濃度不純物含有窒化物半導体」と称
することとする。）よりなる高濃度不純物含有窒化物半
導体層１６ａと不純物を含有していない窒化物半導体
（以下、「不純物を含有していない窒化物半導体」を
「不純物不含有窒化物半導体」と称することとする。）
よりなる不純物不含有窒化物半導体層１６ｂとを交互に
所定数積層した超格子構造よりなる低転位バッファー
を、バッファー層１６として形成した。
【００３７】なお、超格子構造を備えた低転位バッファ
ー層１６上には、貫通転位密度評価用薄膜１８として、
膜厚１００ｎｍで形成されたＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎが
形成されている。Ｉｎ０．２Ｇａ０．８Ｎよりなる貫通
転位密度評価用薄膜１８は、ＳＥＭやＴＥＭによる貫通
転位密度評価のために低温で成膜したものであり、低転
位バッファー層１６上に窒化物半導体をエピタキシャル
成長させる場合には不要なものである。
ー層１６上には、貫通転位密度評価用薄膜１８として、
膜厚１００ｎｍで形成されたＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎが
形成されている。Ｉｎ０．２Ｇａ０．８Ｎよりなる貫通
転位密度評価用薄膜１８は、ＳＥＭやＴＥＭによる貫通
転位密度評価のために低温で成膜したものであり、低転
位バッファー層１６上に窒化物半導体をエピタキシャル
成長させる場合には不要なものである。
【００３８】ここで、超格子構造を備えた低転位バッフ
ァー層１６を形成する低転位バッファーについて、以下
に詳細に説明することとする。
ァー層１６を形成する低転位バッファーについて、以下
に詳細に説明することとする。
【００３９】まず、高濃度不純物含有窒化物半導体層１
６ａを形成するための高濃度不純物含有窒化物半導体
は、例えば、不純物としてＳｉ（シリコン）を高濃度で
含有したＡｌＧａＮ（以下、適宜に「Ｓｉ含有ＡｌＧａ
Ｎ」と称する。）である。より詳細には、この実施の形
態においては、高濃度不純物含有窒化物半導体として、
Ｓｉを１％の濃度、即ち、「１．２×１０２０［ａｔｏ
ｍｓ／ｃｍ３］（ＳＩＭＳ）」で含有したＡｌ０．１５
Ｇａ０．７５Ｎを用いており、このＳｉを含有したＡｌ
０．１５Ｇａ０．７５Ｎが２０ｎｍの膜厚で成膜され
て、高濃度不純物含有窒化物半導体層１６ａが形成され
る。
６ａを形成するための高濃度不純物含有窒化物半導体
は、例えば、不純物としてＳｉ（シリコン）を高濃度で
含有したＡｌＧａＮ（以下、適宜に「Ｓｉ含有ＡｌＧａ
Ｎ」と称する。）である。より詳細には、この実施の形
態においては、高濃度不純物含有窒化物半導体として、
Ｓｉを１％の濃度、即ち、「１．２×１０２０［ａｔｏ
ｍｓ／ｃｍ３］（ＳＩＭＳ）」で含有したＡｌ０．１５
Ｇａ０．７５Ｎを用いており、このＳｉを含有したＡｌ
０．１５Ｇａ０．７５Ｎが２０ｎｍの膜厚で成膜され
て、高濃度不純物含有窒化物半導体層１６ａが形成され
る。
【００４０】次に、不純物不含有窒化物半導体層１６ｂ
を形成するための不純物不含有窒化物半導体は、例え
ば、ＡｌＧａＮである。より詳細には、この実施の形態
においては、不純物不含有窒化物半導体として、Ａｌ
０．１５Ｇａ０．７５Ｎを用いており、このＡｌ
０．１５Ｇａ０．７５Ｎが８０ｎｍの膜厚で成膜され
て、不純物不含有窒化物半導体層１６ｂが形成される。
を形成するための不純物不含有窒化物半導体は、例え
ば、ＡｌＧａＮである。より詳細には、この実施の形態
においては、不純物不含有窒化物半導体として、Ａｌ
０．１５Ｇａ０．７５Ｎを用いており、このＡｌ
０．１５Ｇａ０．７５Ｎが８０ｎｍの膜厚で成膜され
て、不純物不含有窒化物半導体層１６ｂが形成される。
【００４１】ここで、第２初期層１４上に、高濃度不純
物含有窒化物半導体層１６ａと不純物不含有窒化物半導
体層１６ｂとを交互に所定数積層して、高濃度不純物含
有窒化物半導体層１６ａと不純物不含有窒化物半導体層
１６ｂとの超格子構造を形成すると、これが低転位バッ
ファー層１６を形成する低転位バッファーとなる。
物含有窒化物半導体層１６ａと不純物不含有窒化物半導
体層１６ｂとを交互に所定数積層して、高濃度不純物含
有窒化物半導体層１６ａと不純物不含有窒化物半導体層
１６ｂとの超格子構造を形成すると、これが低転位バッ
ファー層１６を形成する低転位バッファーとなる。
【００４２】より詳細には、この実施の形態において
は、連続する高濃度不純物含有窒化物半導体層１６ａと
不純物不含有窒化物半導体層１６ｂとを一組として、こ
れを一周期とすると、高濃度不純物含有窒化物半導体層
１６ａと不純物不含有窒化物半導体層１６ｂとの組を６
組分、即ち、６周期積層している。従って、この実施の
形態における低転位バッファー層１６の層厚は、６００
ｎｍとなる。
は、連続する高濃度不純物含有窒化物半導体層１６ａと
不純物不含有窒化物半導体層１６ｂとを一組として、こ
れを一周期とすると、高濃度不純物含有窒化物半導体層
１６ａと不純物不含有窒化物半導体層１６ｂとの組を６
組分、即ち、６周期積層している。従って、この実施の
形態における低転位バッファー層１６の層厚は、６００
ｎｍとなる。
【００４３】図４には、図３に示す構造体のＩｎＧａＮ
よりなる貫通転位密度評価用薄膜１８の表面のＳＥＭ像
であり、このＳＥＭ像における濃色の円形状部位が貫通
転位であって、貫通転位は極めて低い密度でしか発生し
ていないことがわかる。
よりなる貫通転位密度評価用薄膜１８の表面のＳＥＭ像
であり、このＳＥＭ像における濃色の円形状部位が貫通
転位であって、貫通転位は極めて低い密度でしか発生し
ていないことがわかる。
【００４４】具体的には、バッファー層として図１に示
す条件により構成された上記した従来のバッファー１０
４を備えた構造体の貫通転位密度が、「２×１０１０ｃ
ｍ− ２」であったのに対して、図３に示す条件により構
成された上記した実施の形態の低転位バッファー層１６
を備えた構造体の貫通転位密度は、「５×１０７ｃｍ
−２」に低減した。
す条件により構成された上記した従来のバッファー１０
４を備えた構造体の貫通転位密度が、「２×１０１０ｃ
ｍ− ２」であったのに対して、図３に示す条件により構
成された上記した実施の形態の低転位バッファー層１６
を備えた構造体の貫通転位密度は、「５×１０７ｃｍ
−２」に低減した。
【００４５】なお、貫通転位密度は、上記したように、
貫通転位密度評価用薄膜１８の成長ピット密度（Ｇｒｏ
ｗｔｈ Ｐｉｔ Ｄｅｎｓｉｔｙ）から評価した。
貫通転位密度評価用薄膜１８の成長ピット密度（Ｇｒｏ
ｗｔｈ Ｐｉｔ Ｄｅｎｓｉｔｙ）から評価した。
【００４６】また、後に詳述するが、基板１０、第１初
期層１２、第２初期層１４、低転位バッファー層１６な
らびに貫通転位密度評価用薄膜１８の組成は、上記した
実施の形態に特に限定されるものではない。
期層１２、第２初期層１４、低転位バッファー層１６な
らびに貫通転位密度評価用薄膜１８の組成は、上記した
実施の形態に特に限定されるものではない。
【００４７】次に、図３乃至図４に示す上記した実施の
形態の低転位バッファー層１６を形成するための製造方
法の詳細について、図３乃至図４に示す低転位バッファ
ー層１６を製造するための製造装置たる、図５に示す製
造装置の概念構成説明図を参照しながら説明する。
形態の低転位バッファー層１６を形成するための製造方
法の詳細について、図３乃至図４に示す低転位バッファ
ー層１６を製造するための製造装置たる、図５に示す製
造装置の概念構成説明図を参照しながら説明する。
【００４８】この図５に示す製造装置は、有機金属気相
成長（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅ
ｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を
実施するための結晶成長装置である。この結晶成長装置
は、炭化シリコン（ＳｉＣ）、サファイア（Ａｌ
２Ｏ３）、シリコン（Ｓｉ）あるいは砒化ガリウム（Ｇ
ａＡｓ）などの各種の基板１０（この実施の形態におい
ては、基板１０として、６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）を用
いている。）上に、各種薄膜や厚膜を製造することがで
きる。
成長（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅ
ｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を
実施するための結晶成長装置である。この結晶成長装置
は、炭化シリコン（ＳｉＣ）、サファイア（Ａｌ
２Ｏ３）、シリコン（Ｓｉ）あるいは砒化ガリウム（Ｇ
ａＡｓ）などの各種の基板１０（この実施の形態におい
ては、基板１０として、６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）を用
いている。）上に、各種薄膜や厚膜を製造することがで
きる。
【００４９】この結晶成長装置２００においては、ＲＦ
加熱コイル２０２により周囲を覆われた結晶成長反応炉
２０４内に、第１初期層１２と第２初期層１４と低転位
バッファー層１６と貫通転位密度評価用薄膜１８とを結
晶成長させる基板１０を上面に配置するとともに当該基
板１０を加熱するためのサセプター２０６が配設されて
いる。
加熱コイル２０２により周囲を覆われた結晶成長反応炉
２０４内に、第１初期層１２と第２初期層１４と低転位
バッファー層１６と貫通転位密度評価用薄膜１８とを結
晶成長させる基板１０を上面に配置するとともに当該基
板１０を加熱するためのサセプター２０６が配設されて
いる。
【００５０】また、ＲＦ加熱コイル２０２にはＲＦ電源
２０８が接続されており、さらに、ＲＦ電源２０８には
マイクロコンピューターにより構成されたＲＦ制御装置
２１０が接続されている。
２０８が接続されており、さらに、ＲＦ電源２０８には
マイクロコンピューターにより構成されたＲＦ制御装置
２１０が接続されている。
【００５１】そして、ＲＦ制御装置２１０によって、Ｒ
Ｆ電源２０８はその出力を制御される。即ち、ＲＦ制御
装置２１０によりＲＦ電源２０８からＲＦ加熱コイル２
０２への給電が制御されるものであり、ＲＦ加熱コイル
２０２はＲＦ電源２０８からの給電に応じてサセプター
２０６を加熱することになる。
Ｆ電源２０８はその出力を制御される。即ち、ＲＦ制御
装置２１０によりＲＦ電源２０８からＲＦ加熱コイル２
０２への給電が制御されるものであり、ＲＦ加熱コイル
２０２はＲＦ電源２０８からの給電に応じてサセプター
２０６を加熱することになる。
【００５２】即ち、この結晶成長装置２００において
は、ＲＦ電源２０８からＲＦ加熱コイル２０２への給電
による渦電流誘起加熱により、サセプター２０６が加熱
されるものである。
は、ＲＦ電源２０８からＲＦ加熱コイル２０２への給電
による渦電流誘起加熱により、サセプター２０６が加熱
されるものである。
【００５３】なお、サセプター２０６は、例えば、カー
ボンなどにより形成されているものである。
ボンなどにより形成されているものである。
【００５４】さらに、基板１０上に形成する第１初期層
１２と第２初期層１４と低転位バッファー層１６と貫通
転位密度評価用薄膜１８との材料となる材料ガスやキャ
リア・ガスなどの各種のガスを結晶成長反応炉２０４に
導入するためのパイプラインとして、第１導入パイプラ
イン２１２と第２導入パイプライン２１４と第３導入パ
イプライン２１６とが配設されている。
１２と第２初期層１４と低転位バッファー層１６と貫通
転位密度評価用薄膜１８との材料となる材料ガスやキャ
リア・ガスなどの各種のガスを結晶成長反応炉２０４に
導入するためのパイプラインとして、第１導入パイプラ
イン２１２と第２導入パイプライン２１４と第３導入パ
イプライン２１６とが配設されている。
【００５５】より詳細には、第１導入パイプライン２１
２を介して、キャリア・ガスとして窒素（Ｎ２）ガスが
結晶成長反応炉２０４内に供給される。
２を介して、キャリア・ガスとして窒素（Ｎ２）ガスが
結晶成長反応炉２０４内に供給される。
【００５６】また、第２導入パイプライン２１４を介し
て、水素（Ｈ２）ガスをキャリア・ガスとして、ＩＩＩ
−Ｖ族窒化物半導体におけるＩＩＩ族源となるトリメチ
ルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルガリウム（Ｔ
ＭＧａ）およびトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）が結
晶成長反応炉２０４内に供給されるとともに、不純物た
るＳｉの供給源となるＴＥＳｉが結晶成長反応炉２０４
内に供給される。
て、水素（Ｈ２）ガスをキャリア・ガスとして、ＩＩＩ
−Ｖ族窒化物半導体におけるＩＩＩ族源となるトリメチ
ルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルガリウム（Ｔ
ＭＧａ）およびトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）が結
晶成長反応炉２０４内に供給されるとともに、不純物た
るＳｉの供給源となるＴＥＳｉが結晶成長反応炉２０４
内に供給される。
【００５７】なお、第２導入パイプライン２１４を介し
ては、水素（Ｈ２）ガスをキャリア・ガスとして、ＢＥ
Ｃｐ２Ｍｇも結晶成長反応炉２０４内に供給される。
ては、水素（Ｈ２）ガスをキャリア・ガスとして、ＢＥ
Ｃｐ２Ｍｇも結晶成長反応炉２０４内に供給される。
【００５８】さらに、第３導入パイプライン２１６を介
して、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体におけるＶ族源となる
アンモニア（ＮＨ３）が結晶成長反応炉２０４内に供給
される。
して、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体におけるＶ族源となる
アンモニア（ＮＨ３）が結晶成長反応炉２０４内に供給
される。
【００５９】なお、符号２１８は、結晶成長反応炉２０
４内を０．１気圧（７６Ｔｏｒｒ）に減圧するためのロ
ータリー・ポンプである。
４内を０．１気圧（７６Ｔｏｒｒ）に減圧するためのロ
ータリー・ポンプである。
【００６０】以上の構成において、サセプター２０６に
配置された基板１０上に第１初期層１２と第２初期層１
４と低転位バッファー層１６と貫通転位密度評価用薄膜
１８との結晶薄膜を形成するためには、キャリア・ガス
とともに上記した各種の材料ガスを第１導入パイプライ
ン２１２、第２導入パイプライン２１４ならびに第３導
入パイプライン２１６を介して、ロータリー・ポンプ２
１８によって７６Ｔｏｒｒに減圧された結晶成長反応炉
２０４内へ供給する。
配置された基板１０上に第１初期層１２と第２初期層１
４と低転位バッファー層１６と貫通転位密度評価用薄膜
１８との結晶薄膜を形成するためには、キャリア・ガス
とともに上記した各種の材料ガスを第１導入パイプライ
ン２１２、第２導入パイプライン２１４ならびに第３導
入パイプライン２１６を介して、ロータリー・ポンプ２
１８によって７６Ｔｏｒｒに減圧された結晶成長反応炉
２０４内へ供給する。
【００６１】この際に、サセプター２０６内に埋め込ま
れた熱電対（図示せず）のモニターに基づいて、ＲＦ制
御装置２１０により制御されたＲＦ電源２０８からの給
電に応じてＲＦ加熱コイル２０２によってサセプター２
０６が加熱されており、加熱されたサセプター２０６か
らの熱伝導によって、基板１０も結晶成長により第１初
期層１２と第２初期層１４と低転位バッファー層１６と
貫通転位密度評価用薄膜１８との結晶薄膜を形成するの
に最適な成長温度に加熱されるものである。
れた熱電対（図示せず）のモニターに基づいて、ＲＦ制
御装置２１０により制御されたＲＦ電源２０８からの給
電に応じてＲＦ加熱コイル２０２によってサセプター２
０６が加熱されており、加熱されたサセプター２０６か
らの熱伝導によって、基板１０も結晶成長により第１初
期層１２と第２初期層１４と低転位バッファー層１６と
貫通転位密度評価用薄膜１８との結晶薄膜を形成するの
に最適な成長温度に加熱されるものである。
【００６２】このため、結晶成長反応炉２０４内に導入
された材料ガスは熱により分解、反応して、基板１０上
に結晶成長により第１初期層１２と第２初期層１４と低
転位バッファー層１６と貫通転位密度評価用薄膜１８と
の結晶薄膜が形成されることになる。
された材料ガスは熱により分解、反応して、基板１０上
に結晶成長により第１初期層１２と第２初期層１４と低
転位バッファー層１６と貫通転位密度評価用薄膜１８と
の結晶薄膜が形成されることになる。
【００６３】ここで、第１初期層１２、第２初期層１
４、低転位バッファー層１６ならびに貫通転位密度評価
用薄膜１８の結晶薄膜を形成するために必要とされるキ
ャリア・ガスならびに材料ガスの流量は、それぞれ以下
の通りである。
４、低転位バッファー層１６ならびに貫通転位密度評価
用薄膜１８の結晶薄膜を形成するために必要とされるキ
ャリア・ガスならびに材料ガスの流量は、それぞれ以下
の通りである。
【００６４】また、キャリア・ガスならびに材料ガスの
結晶成長反応炉２０４内への供給タイミングならびに結
晶成長の成長温度は、図６に示すタイミング・チャート
の通りである。
結晶成長反応炉２０４内への供給タイミングならびに結
晶成長の成長温度は、図６に示すタイミング・チャート
の通りである。
【００６５】 （１）第１初期層１２・・・ＡｌＮ薄膜の作成 材料ガス：ＴＭＡｌ ７μｍｏｌ／ｍｉｎ（マイクロ・モル／分） ＮＨ３ ２Ｌ／ｍｉｎ（リットル／分） キャリア・ガス：Ｈ２ ２Ｌ／ｍｉｎ （２）第２初期層１４・・・ＡｌＧａＮの作成 材料ガス：ＴＭＧａ ３８μｍｏｌ／ｍｉｎ ＴＭＡｌ ７μｍｏｌ／ｍｉｎ ＮＨ３ ２Ｌ／ｍｉｎ キャリア・ガス：Ｈ２ ２Ｌ／ｍｉｎ （３）低転位バッファー層１６・・・高濃度不純物含有窒化物半導体層１６ａ （Ｓｉ含有ＡｌＧａＮ）および不純物不含有窒化物半導体層１６ｂ（ＡｌＧａＮ ）の作成 材料ガス：ＴＭＧａ ３８μｍｏｌ／ｍｉｎ ＴＭＡｌ ７μｍｏｌ／ｍｉｎ ＮＨ３ ２Ｌ／ｍｉｎ ＴＥＳｉ ４ｎｍｏｌ／ｍｉｎ（ナノ・モル／分） キャリア・ガス：Ｈ２ ２Ｌ／ｍｉｎ Ｓｉ濃度：１．２×１０２０［ａｔｏｍｓ／ｃｍ３］（ＳＩＭＳ） （４）貫通転位密度評価用薄膜１８・・・ＩｎＧａＮの作成 材料ガス：ＴＭＧａ １．５μｍｏｌ／ｍｉｎ ＴＭＩｎアダクト ３０μｍｏｌ／ｍｉｎ ＮＨ３ ２Ｌ／ｍｉｎ キャリア・ガス：Ｎ２ １Ｌ／ｍｉｎ 図６に示すように、第２初期層１４および低転位バッフ
ァー層１６の結晶薄膜を形成する際の結晶成長の成長温
度は１１４０℃であるので、基板１０は１１４０℃の温
度に設定されるように加熱され、また、貫通転位密度評
価用薄膜１８の結晶薄膜を形成する際の結晶成長の成長
温度は７５０℃であるので、基板１０は７５０℃の温度
に設定されるように加熱されるものである。
ァー層１６の結晶薄膜を形成する際の結晶成長の成長温
度は１１４０℃であるので、基板１０は１１４０℃の温
度に設定されるように加熱され、また、貫通転位密度評
価用薄膜１８の結晶薄膜を形成する際の結晶成長の成長
温度は７５０℃であるので、基板１０は７５０℃の温度
に設定されるように加熱されるものである。
【００６６】また、第１初期層１２、第２初期層１４お
よび低転位バッファー層１６の結晶薄膜の成長速度は
２．４μｍ／ｈｏｕｒ（マイクロ・メートル／時間）で
あり、貫通転位密度評価用薄膜１８の結晶薄膜の成長速
度は０．１μｍ／ｈｏｕｒに設定されている。
よび低転位バッファー層１６の結晶薄膜の成長速度は
２．４μｍ／ｈｏｕｒ（マイクロ・メートル／時間）で
あり、貫通転位密度評価用薄膜１８の結晶薄膜の成長速
度は０．１μｍ／ｈｏｕｒに設定されている。
【００６７】このようにして形成された低転位バッファ
ー層１６は、上記したように１０７オーダーという極め
て低い貫通転位密度を実現することができる。
ー層１６は、上記したように１０７オーダーという極め
て低い貫通転位密度を実現することができる。
【００６８】そして、低転位バッファー層１６を形成し
た後に、結晶成長反応炉２０４内において、低転位バッ
ファー層１６の上に貫通転位密度評価用薄膜１８を形成
することなしに、低転位バッファー層１６の上にＧａＮ
などの窒化物半導体を成膜すると、低転位密度で窒化物
半導体を成膜することができる。
た後に、結晶成長反応炉２０４内において、低転位バッ
ファー層１６の上に貫通転位密度評価用薄膜１８を形成
することなしに、低転位バッファー層１６の上にＧａＮ
などの窒化物半導体を成膜すると、低転位密度で窒化物
半導体を成膜することができる。
【００６９】ここで、本願発明者は、上記したと同様な
条件において、不純物となるＳｉの供給源であるＴＥＳ
ｉの流量のみを変化させた場合における、低転位バッフ
ァー層１６の貫通転位密度の変化を測定し、その結果を
図７のグラフに示す。
条件において、不純物となるＳｉの供給源であるＴＥＳ
ｉの流量のみを変化させた場合における、低転位バッフ
ァー層１６の貫通転位密度の変化を測定し、その結果を
図７のグラフに示す。
【００７０】この図７のＴＥＳｉ流量と低転位バッファ
ー層１６における貫通転位密度との関係を示すグラフに
示されているように、ＴＥＳｉ流量がある流量まで増加
するにつれて、低転位バッファー層１６における貫通転
位密度は減少していく。従って、低転位バッファー層１
６における貫通転位密度は、ＴＥＳｉ流量に依存してい
るものと認められる。
ー層１６における貫通転位密度との関係を示すグラフに
示されているように、ＴＥＳｉ流量がある流量まで増加
するにつれて、低転位バッファー層１６における貫通転
位密度は減少していく。従って、低転位バッファー層１
６における貫通転位密度は、ＴＥＳｉ流量に依存してい
るものと認められる。
【００７１】一方、ＴＥＳｉ流量がある流量を越える
と、低転位バッファー層１６における貫通転位密度は逆
に増大していく。これは、高濃度不純物含有窒化物半導
体層１６ａにおけるＳｉの濃度があまり高くなりすぎる
と結晶性が悪くなり、貫通転位が減少しなくなるものと
認められる。
と、低転位バッファー層１６における貫通転位密度は逆
に増大していく。これは、高濃度不純物含有窒化物半導
体層１６ａにおけるＳｉの濃度があまり高くなりすぎる
と結晶性が悪くなり、貫通転位が減少しなくなるものと
認められる。
【００７２】従って、高濃度不純物含有窒化物半導体層
１６ａにおける不純物の濃度を適宜に選択することによ
り、貫通転位密度を効率よく低減することができるよう
になる。例えば、不純物としてＳｉを含有したＡｌ
０．１５Ｇａ０．７５Ｎにより高濃度不純物含有窒化物
半導体層１６ａを形成する場合には、Ｓｉの濃度は、好
ましくは、１０１８ｃｍ−３〜１０％の範囲であり、こ
の１０１８ｃｍ−３〜１０％の範囲の中でも、特に、１
０１９ｃｍ−３〜１％の範囲が最も有効である。
１６ａにおける不純物の濃度を適宜に選択することによ
り、貫通転位密度を効率よく低減することができるよう
になる。例えば、不純物としてＳｉを含有したＡｌ
０．１５Ｇａ０．７５Ｎにより高濃度不純物含有窒化物
半導体層１６ａを形成する場合には、Ｓｉの濃度は、好
ましくは、１０１８ｃｍ−３〜１０％の範囲であり、こ
の１０１８ｃｍ−３〜１０％の範囲の中でも、特に、１
０１９ｃｍ−３〜１％の範囲が最も有効である。
【００７３】なお、後述するように、高濃度不純物含有
窒化物半導体層１６ａを構成する窒化物半導体の組成な
らびに不純物の種類は、特に限定されるものではない
が、その場合には、不純物の濃度としては、好ましく
は、１０１８ｃｍ−３〜１０％の範囲であり、この１０
１８ｃｍ−３〜１０％の範囲の中でも、特に、１０１９
ｃｍ−３〜１％の範囲が最も有効である。
窒化物半導体層１６ａを構成する窒化物半導体の組成な
らびに不純物の種類は、特に限定されるものではない
が、その場合には、不純物の濃度としては、好ましく
は、１０１８ｃｍ−３〜１０％の範囲であり、この１０
１８ｃｍ−３〜１０％の範囲の中でも、特に、１０１９
ｃｍ−３〜１％の範囲が最も有効である。
【００７４】次に、本願発明者は、上記したと同様な条
件において、低転位バッファー層１６の周期数のみを変
化させた場合における、低転位バッファー層１６の貫通
転位密度の変化を測定し、その結果を図８のグラフに示
す。
件において、低転位バッファー層１６の周期数のみを変
化させた場合における、低転位バッファー層１６の貫通
転位密度の変化を測定し、その結果を図８のグラフに示
す。
【００７５】また、図９に、低転位バッファー層１６の
断面のＴＥＭ像を示す。図９のＴＥＭ像において、濃色
の部分が貫通転位を示し、一方、水平方向に延長する破
線は高濃度不純物含有窒化物半導体層１６ａと不純物不
含有窒化物半導体層１６ｂとの界面を示している。
断面のＴＥＭ像を示す。図９のＴＥＭ像において、濃色
の部分が貫通転位を示し、一方、水平方向に延長する破
線は高濃度不純物含有窒化物半導体層１６ａと不純物不
含有窒化物半導体層１６ｂとの界面を示している。
【００７６】この図８の低転位バッファー層１６の周期
数と低転位バッファー層１６における貫通転位密度との
関係を示すグラフに示されているように、低転位バッフ
ァー層１６の周期数が増加するに従って、高濃度不純物
含有窒化物半導体層１６ａと不純物不含有窒化物半導体
層１６ｂとの界面で貫通転位が次々と消滅している。従
って、低転位バッファー層１６における貫通転位密度
は、低転位バッファー層１６の周期数に依存しているも
のと認められる。
数と低転位バッファー層１６における貫通転位密度との
関係を示すグラフに示されているように、低転位バッフ
ァー層１６の周期数が増加するに従って、高濃度不純物
含有窒化物半導体層１６ａと不純物不含有窒化物半導体
層１６ｂとの界面で貫通転位が次々と消滅している。従
って、低転位バッファー層１６における貫通転位密度
は、低転位バッファー層１６の周期数に依存しているも
のと認められる。
【００７７】なお、図１０の低転位バッファー層１６の
周期数と低転位バッファー層１６における貫通転位密度
との関係を示すグラフに示されているように、低転位バ
ッファー層１６の周期数がある回数（図１０において
は、２０回である。）を越すと、逆に貫通転位密度が増
大していく。これは、低転位バッファー層１６の周期数
が多くなりすぎると結晶性が悪くなり、貫通転位が減少
しなくなるものと認められる。
周期数と低転位バッファー層１６における貫通転位密度
との関係を示すグラフに示されているように、低転位バ
ッファー層１６の周期数がある回数（図１０において
は、２０回である。）を越すと、逆に貫通転位密度が増
大していく。これは、低転位バッファー層１６の周期数
が多くなりすぎると結晶性が悪くなり、貫通転位が減少
しなくなるものと認められる。
【００７８】従って、低転位バッファー層１６の周期数
を適宜に選択することにより、貫通転位密度を効率よく
低減することができるようになる。例えば、不純物とし
てＳｉを含有したＡｌ０．１５Ｇａ０．７５Ｎにより高
濃度不純物含有窒化物半導体層１６ａを形成する場合に
は、低転位バッファー層１６の周期数は、好ましくは、
３周期〜５０周期の範囲であり、この３周期〜５０周期
の範囲の中でも、特に、５周期〜１０周期の範囲が最も
有効である。
を適宜に選択することにより、貫通転位密度を効率よく
低減することができるようになる。例えば、不純物とし
てＳｉを含有したＡｌ０．１５Ｇａ０．７５Ｎにより高
濃度不純物含有窒化物半導体層１６ａを形成する場合に
は、低転位バッファー層１６の周期数は、好ましくは、
３周期〜５０周期の範囲であり、この３周期〜５０周期
の範囲の中でも、特に、５周期〜１０周期の範囲が最も
有効である。
【００７９】なお、後述するように、高濃度不純物含有
窒化物半導体層１６ａを構成する窒化物半導体の組成な
らびに不純物の種類は、特に限定されるものではない
が、その場合には、低転位バッファー層１６の周期数
は、好ましくは、３周期〜５０周期の範囲であり、この
３周期〜５０周期の範囲の中でも、特に、５周期〜１０
周期の範囲が最も有効である。
窒化物半導体層１６ａを構成する窒化物半導体の組成な
らびに不純物の種類は、特に限定されるものではない
が、その場合には、低転位バッファー層１６の周期数
は、好ましくは、３周期〜５０周期の範囲であり、この
３周期〜５０周期の範囲の中でも、特に、５周期〜１０
周期の範囲が最も有効である。
【００８０】図１１乃至図１２には、低転位バッファー
層１６を備えた素子の構造が示されている。即ち、図１
１は窒化物半導体ＨＦＥＴ（Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔ
ｕｒｅ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔ
ｅｒ）を示し、図１２は窒化物半導体レーザーダイオー
ドを示している。
層１６を備えた素子の構造が示されている。即ち、図１
１は窒化物半導体ＨＦＥＴ（Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔ
ｕｒｅ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔ
ｅｒ）を示し、図１２は窒化物半導体レーザーダイオー
ドを示している。
【００８１】図１１に示す窒化物半導体ＨＦＥＴは、基
板１０としてのＳｉＣ基板上に、第２初期層１４として
ＧａＮ初期層を形成している（第１初期層は省略してい
る。）。
板１０としてのＳｉＣ基板上に、第２初期層１４として
ＧａＮ初期層を形成している（第１初期層は省略してい
る。）。
【００８２】このＧａＮ初期層の上に、低転位バッファ
ー層１６（高濃度不純物含有窒化物半導体層１６ａは、
不純物としてＳｉを含有したＧａＮにより形成されてい
る。また、不純物不含有窒化物半導体層１６ｂは、Ｇａ
Ｎにより形成されている。）を形成している。
ー層１６（高濃度不純物含有窒化物半導体層１６ａは、
不純物としてＳｉを含有したＧａＮにより形成されてい
る。また、不純物不含有窒化物半導体層１６ｂは、Ｇａ
Ｎにより形成されている。）を形成している。
【００８３】さらに、低転位バッファー層１６の上に、
素子構造を構成するための素子材料となる窒化物半導体
としてＧａＮ層を形成し、このＧａＮ層上にＳｉドープ
ＡｌＧａＮ層を形成し、さらにＳｉドープＡｌＧａＮ層
にソース、ゲートおよびドレインを形成してなるもので
ある。
素子構造を構成するための素子材料となる窒化物半導体
としてＧａＮ層を形成し、このＧａＮ層上にＳｉドープ
ＡｌＧａＮ層を形成し、さらにＳｉドープＡｌＧａＮ層
にソース、ゲートおよびドレインを形成してなるもので
ある。
【００８４】また、図１２に示す窒化物半導体レーザー
ダイオードは、下面にｎ側電極を形成した基板１０たる
サファイア基板上に、第２初期層１４としてＡｌＧａＮ
初期層を形成している（第１初期層は省略してい
る。）。
ダイオードは、下面にｎ側電極を形成した基板１０たる
サファイア基板上に、第２初期層１４としてＡｌＧａＮ
初期層を形成している（第１初期層は省略してい
る。）。
【００８５】、このＡｌＧａＮ初期層の上に、低転位バ
ッファー層１６（高濃度不純物含有窒化物半導体層１６
ａは、不純物としてＳｉを含有したＡｌＧａＮにより形
成されている。また、不純物不含有窒化物半導体層１６
ｂは、ＡｌＧａＮにより形成されている。）を形成して
いる。
ッファー層１６（高濃度不純物含有窒化物半導体層１６
ａは、不純物としてＳｉを含有したＡｌＧａＮにより形
成されている。また、不純物不含有窒化物半導体層１６
ｂは、ＡｌＧａＮにより形成されている。）を形成して
いる。
【００８６】さらに、低転位バッファー層１６の上に、
素子構造を構成するための素子材料となる窒化物半導体
としてｎドープＡｌＧａＮ層を形成し、このｎドープＡ
ｌＧａＮ層上にＩｎＧａＮ／ＧａＮ量子井戸構造を形成
し、このＩｎＧａＮ／ＧａＮ量子井戸構造上にｐドープ
ＡｌＧａｎクラッド層が形成され、ＳｉＯ２を介してｐ
型電極を形成してなるものである。
素子構造を構成するための素子材料となる窒化物半導体
としてｎドープＡｌＧａＮ層を形成し、このｎドープＡ
ｌＧａＮ層上にＩｎＧａＮ／ＧａＮ量子井戸構造を形成
し、このＩｎＧａＮ／ＧａＮ量子井戸構造上にｐドープ
ＡｌＧａｎクラッド層が形成され、ＳｉＯ２を介してｐ
型電極を形成してなるものである。
【００８７】上記した図１１乃至図１２に示されている
ように、低転位バッファー層１６上に、素子構造を構成
するための素子材料となる窒化物半導体の成膜を行っ
て、各種の発光素子、受光素子ならびに電子素子を作成
することができる。
ように、低転位バッファー層１６上に、素子構造を構成
するための素子材料となる窒化物半導体の成膜を行っ
て、各種の発光素子、受光素子ならびに電子素子を作成
することができる。
【００８８】上記したように、この低転位バッファー層
１６は、全てｉｎ−ｓｉｔｕの単純なプロセスで形成す
ることができる。
１６は、全てｉｎ−ｓｉｔｕの単純なプロセスで形成す
ることができる。
【００８９】即ち、従来のバッファー層の低転位化技術
は、数段にわたる複雑なプロセスを必要とするととも
に、縦／横エンハンス成長を行わせるための厳密な成長
条件の制御が必要であった。しかしながら、本発明によ
る低転位バッファー層１６は、不純物混合のみの単純な
プロセスで形成可能であり、厳密な成長条件などの制御
が不必要であって、しかも従来のバッファー層における
貫通転位密度と比較すると３桁程度の貫通転位密度の低
減が可能であり、貫通転位密度は１０７ｃｍ−２オーダ
ーにまで低減することが可能である。
は、数段にわたる複雑なプロセスを必要とするととも
に、縦／横エンハンス成長を行わせるための厳密な成長
条件の制御が必要であった。しかしながら、本発明によ
る低転位バッファー層１６は、不純物混合のみの単純な
プロセスで形成可能であり、厳密な成長条件などの制御
が不必要であって、しかも従来のバッファー層における
貫通転位密度と比較すると３桁程度の貫通転位密度の低
減が可能であり、貫通転位密度は１０７ｃｍ−２オーダ
ーにまで低減することが可能である。
【００９０】また、非常に単純なプロセスで低転位バッ
ファー１６を形成可能であるため、窒化物半導体の生産
ラインへ即座に適用可能である。従って、現在用いてい
る装置を変更することなく、発光素子の発光効率の高効
率化、受光素子の暗電流の低減ならびに接合トランジス
タや電界効果トランジスタの漏れ電流の低減を図ること
ができる。
ファー１６を形成可能であるため、窒化物半導体の生産
ラインへ即座に適用可能である。従って、現在用いてい
る装置を変更することなく、発光素子の発光効率の高効
率化、受光素子の暗電流の低減ならびに接合トランジス
タや電界効果トランジスタの漏れ電流の低減を図ること
ができる。
【００９１】さらに、この低転位バッファー層１６にお
いては、Ａｌの組成比が高いＡｌＧａＮを用いた低転位
バッファーを形成することができるようになるので、波
長２５０ｎｍ〜３５０ｎｍ帯の紫外受光素子、発光素子
あるいはワイドバンドギャップＡｌＧａＮを用いた、高
周波かつ高耐圧の接合トランジスタや電界効果トランジ
スタを実現することが可能になる。
いては、Ａｌの組成比が高いＡｌＧａＮを用いた低転位
バッファーを形成することができるようになるので、波
長２５０ｎｍ〜３５０ｎｍ帯の紫外受光素子、発光素子
あるいはワイドバンドギャップＡｌＧａＮを用いた、高
周波かつ高耐圧の接合トランジスタや電界効果トランジ
スタを実現することが可能になる。
【００９２】また、従来のバッファーはその表面を平坦
化するために、３μｍ〜１０μｍ程度の厚い成膜が必要
であり、クラックが入る問題があった。しかしながら、
本発明の低転位バッファー層１６は、その表面の平坦性
が優れており、トータルの膜厚がサブミクロンの薄膜で
貫通転位の低減が可能である。即ち、本発明の低転位バ
ッファー層１６によれば、クラックが入らない程度の薄
膜で貫通転位の低密度かを図ることが可能である。
化するために、３μｍ〜１０μｍ程度の厚い成膜が必要
であり、クラックが入る問題があった。しかしながら、
本発明の低転位バッファー層１６は、その表面の平坦性
が優れており、トータルの膜厚がサブミクロンの薄膜で
貫通転位の低減が可能である。即ち、本発明の低転位バ
ッファー層１６によれば、クラックが入らない程度の薄
膜で貫通転位の低密度かを図ることが可能である。
【００９３】また、従来においては、成長条件の厳密な
制御を行う必要から、バッファーの材料は、ＧａＮある
いは決まった組成のＡｌＧａＮなどに限られていた。し
かしながら、本発明の低転位バッファー層１６は、後述
するように（Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ）Ｎの全ての組成を用い
て低転位バッファー層１６を形成することが可能であ
る。
制御を行う必要から、バッファーの材料は、ＧａＮある
いは決まった組成のＡｌＧａＮなどに限られていた。し
かしながら、本発明の低転位バッファー層１６は、後述
するように（Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ）Ｎの全ての組成を用い
て低転位バッファー層１６を形成することが可能であ
る。
【００９４】また、本発明の低転位バッファー層１６に
よれば、不純物の種類や濃度の選択を行うことにより、
広い成長条件で低転位化が可能であり、形成の条件に柔
軟性がある。
よれば、不純物の種類や濃度の選択を行うことにより、
広い成長条件で低転位化が可能であり、形成の条件に柔
軟性がある。
【００９５】なお、低転位バッファー層１６を高濃度不
純物含有窒化物半導体層１６ａと不純物不含有窒化物半
導層１６ｂとの超格子構造により構成することなく、窒
化物半導体に均一に不純物を入れた場合でも貫通転位の
低減がみられるが、不純物の濃度を高濃度にすると格子
歪みにより成膜された窒化物半導体にクラックが入るよ
うなるため、不純物はドーピング・レベルの含有しか許
されず、貫通転位の低減の効果は小さい。
純物含有窒化物半導体層１６ａと不純物不含有窒化物半
導層１６ｂとの超格子構造により構成することなく、窒
化物半導体に均一に不純物を入れた場合でも貫通転位の
低減がみられるが、不純物の濃度を高濃度にすると格子
歪みにより成膜された窒化物半導体にクラックが入るよ
うなるため、不純物はドーピング・レベルの含有しか許
されず、貫通転位の低減の効果は小さい。
【００９６】しかしながら、低転位バッファー層１６を
高濃度不純物含有窒化物半導体層１６ａと不純物不含有
窒化物半導層１６ｂとの超格子構造により構成すると、
ドーピング・レベルを超えた高濃度の不純物の導入が可
能となり、高濃度不純物含有窒化物半導体が数％程度の
高濃度不純物を含有した場合でも、クラックの存在しな
い膜を形成することが可能であり、それによって従来と
比較すると３桁程度の効果的な貫通転位の低減が可能と
なる。
高濃度不純物含有窒化物半導体層１６ａと不純物不含有
窒化物半導層１６ｂとの超格子構造により構成すると、
ドーピング・レベルを超えた高濃度の不純物の導入が可
能となり、高濃度不純物含有窒化物半導体が数％程度の
高濃度不純物を含有した場合でも、クラックの存在しな
い膜を形成することが可能であり、それによって従来と
比較すると３桁程度の効果的な貫通転位の低減が可能と
なる。
【００９７】なお、上記した実施の形態は、以下の
（１）乃至（１２）に説明するように変形することがで
きる。
（１）乃至（１２）に説明するように変形することがで
きる。
【００９８】（１） 上記した実施の形態においては、
低転位バッファー層１６などの薄膜製造方法としてＭＯ
ＣＶＤを用いるようにしたが、これに限られるものでは
ないことは勿論であり、ＭＯＣＶＤ以外の薄膜製造技
術、例えば、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ
Ｅｐｉｔａｘｙ）、ＣＢＥ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｂｅａ
ｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）、ＨＶＰＥ（Ｈａｌｉｄｅ Ｖａ
ｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）、ＧＳＭＢＥ
（Ｇａｓ−ｓｏｕｒｃｅ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａ
ｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）、ＭＯＭＢＥ（Ｍｅｔａｌｏｒｇ
ａｎｉｃ ＭＢＥ）、ＬＰＥ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｐｈａｓ
ｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖ
ａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、スパッタリングま
たは真空蒸着法などの各種の薄膜製造技術を用いるよう
にしてもよい。
低転位バッファー層１６などの薄膜製造方法としてＭＯ
ＣＶＤを用いるようにしたが、これに限られるものでは
ないことは勿論であり、ＭＯＣＶＤ以外の薄膜製造技
術、例えば、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ
Ｅｐｉｔａｘｙ）、ＣＢＥ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｂｅａ
ｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）、ＨＶＰＥ（Ｈａｌｉｄｅ Ｖａ
ｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）、ＧＳＭＢＥ
（Ｇａｓ−ｓｏｕｒｃｅ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａ
ｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）、ＭＯＭＢＥ（Ｍｅｔａｌｏｒｇ
ａｎｉｃ ＭＢＥ）、ＬＰＥ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｐｈａｓ
ｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖ
ａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、スパッタリングま
たは真空蒸着法などの各種の薄膜製造技術を用いるよう
にしてもよい。
【００９９】（２） 上記した実施の形態においては、
低転位バッファー層１６を構成する高濃度不純物含有窒
化物半導体ならびに不純物不含有窒化物半導体として、
組成比がＡｌ０．１５Ｇａ０．７５ＮのＡｌＧａＮを用
いたが、その組成比はＡｌ０ ．１５Ｇａ０．７５Ｎに限
られるものではないことは勿論であり、また、高濃度不
純物含有窒化物半導体と不純物不含有窒化物半導体とで
組成比が異なっていてもよい。
低転位バッファー層１６を構成する高濃度不純物含有窒
化物半導体ならびに不純物不含有窒化物半導体として、
組成比がＡｌ０．１５Ｇａ０．７５ＮのＡｌＧａＮを用
いたが、その組成比はＡｌ０ ．１５Ｇａ０．７５Ｎに限
られるものではないことは勿論であり、また、高濃度不
純物含有窒化物半導体と不純物不含有窒化物半導体とで
組成比が異なっていてもよい。
【０１００】（３） 上記した実施の形態においては、
低転位バッファー層１６を構成する高濃度不純物含有窒
化物半導体ならびに不純物不含有窒化物半導体としてＡ
ｌＧａＮを用いたが、この組成に限られるものではない
こと勿論であり、例えば、（Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ）Ｎの全
ての混合組成を使用することができる。また、高濃度不
純物含有窒化物半導体と不純物不含有窒化物半導体とに
おいて、それぞれ組成が異なっていてもよい。
低転位バッファー層１６を構成する高濃度不純物含有窒
化物半導体ならびに不純物不含有窒化物半導体としてＡ
ｌＧａＮを用いたが、この組成に限られるものではない
こと勿論であり、例えば、（Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ）Ｎの全
ての混合組成を使用することができる。また、高濃度不
純物含有窒化物半導体と不純物不含有窒化物半導体とに
おいて、それぞれ組成が異なっていてもよい。
【０１０１】（４） 上記した実施の形態においては、
低転位バッファー層１６を構成する高濃度不純物含有窒
化物半導体に含有される不純物としてＳｉ（シリコン）
を用いたが、不純物はＳｉに限られるものではないこと
勿論であり、例えば、Ｃ（炭素）、Ｍｇ（マグネシウ
ム）あるいはＯ（酸素）などを用いることができる。
低転位バッファー層１６を構成する高濃度不純物含有窒
化物半導体に含有される不純物としてＳｉ（シリコン）
を用いたが、不純物はＳｉに限られるものではないこと
勿論であり、例えば、Ｃ（炭素）、Ｍｇ（マグネシウ
ム）あるいはＯ（酸素）などを用いることができる。
【０１０２】（５） 上記した実施の形態においては、
高濃度不純物含有窒化物半導体と不純物不含有窒化物半
導体とよりなる超格子構造の低転位バッファー層１６の
成膜温度は１１００℃としたが、これに限られるもので
はないことは勿論であり、低転位バッファー層１６を構
成する高濃度不純物含有窒化物半導体ならびに不純物不
含有窒化物半導体の組成に応じて、例えば、６００℃〜
１３００℃の範囲で適宜に選択するようにしてもよい。
高濃度不純物含有窒化物半導体と不純物不含有窒化物半
導体とよりなる超格子構造の低転位バッファー層１６の
成膜温度は１１００℃としたが、これに限られるもので
はないことは勿論であり、低転位バッファー層１６を構
成する高濃度不純物含有窒化物半導体ならびに不純物不
含有窒化物半導体の組成に応じて、例えば、６００℃〜
１３００℃の範囲で適宜に選択するようにしてもよい。
【０１０３】（６） 上記した実施の形態においては、
高濃度不純物含有窒化物半導体と不純物不含有窒化物半
導体とよりなる超格子構造の低転位バッファー層１６を
形成する基板として炭化シリコン（ＳｉＣ）、より詳細
には、６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）を用いたが、これに限
られるものではないことは勿論であり、例えば、サファ
イア（Ａｌ２Ｏ３）、シリコン（Ｓｉ）あるいは砒化ガ
リウム（ＧａＡｓ）などの基板を用いることができる。
高濃度不純物含有窒化物半導体と不純物不含有窒化物半
導体とよりなる超格子構造の低転位バッファー層１６を
形成する基板として炭化シリコン（ＳｉＣ）、より詳細
には、６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）を用いたが、これに限
られるものではないことは勿論であり、例えば、サファ
イア（Ａｌ２Ｏ３）、シリコン（Ｓｉ）あるいは砒化ガ
リウム（ＧａＡｓ）などの基板を用いることができる。
【０１０４】（７） 上記した実施の形態においては、
低転位バッファー層１６を構成する高濃度不純物含有窒
化物半導体の膜厚、即ち、高濃度不純物含有窒化物半導
体層１６ａの厚さを２０ｎｍとしたが、これに限られる
ものではないことは勿論であり、例えば、１ｎｍ〜１０
０ｎｍの範囲で適宜に制御するようにしてもよい。
低転位バッファー層１６を構成する高濃度不純物含有窒
化物半導体の膜厚、即ち、高濃度不純物含有窒化物半導
体層１６ａの厚さを２０ｎｍとしたが、これに限られる
ものではないことは勿論であり、例えば、１ｎｍ〜１０
０ｎｍの範囲で適宜に制御するようにしてもよい。
【０１０５】（８） 上記した実施の形態においては、
低転位バッファー層１６を構成する不純物不含有窒化物
半導体の膜厚、即ち、不純物不含有窒化物半導体層１６
ｂの厚さを８０ｎｍとしたが、これに限られるものでは
ないことは勿論であり、例えば、５ｎｍ〜５００ｎｍの
範囲で適宜に制御するようにしてもよい。
低転位バッファー層１６を構成する不純物不含有窒化物
半導体の膜厚、即ち、不純物不含有窒化物半導体層１６
ｂの厚さを８０ｎｍとしたが、これに限られるものでは
ないことは勿論であり、例えば、５ｎｍ〜５００ｎｍの
範囲で適宜に制御するようにしてもよい。
【０１０６】（９） 上記した実施の形態においては、
ある高濃度不純物含有窒化物半導体層１６ａから次の高
濃度不純物含有窒化物半導体層１６ａまでの距離、即
ち、一組の高濃度不純物含有窒化物半導体層１６ａと不
純物不含有窒化物半導体層１６ｂとを積層する際の繰り
返し周期長は、１００ｎｍとしたが、これに限られるも
のではないことは勿論であり、例えば、５ｎｍ〜５００
ｎｍの範囲で適宜に制御するようにしてもよい。
ある高濃度不純物含有窒化物半導体層１６ａから次の高
濃度不純物含有窒化物半導体層１６ａまでの距離、即
ち、一組の高濃度不純物含有窒化物半導体層１６ａと不
純物不含有窒化物半導体層１６ｂとを積層する際の繰り
返し周期長は、１００ｎｍとしたが、これに限られるも
のではないことは勿論であり、例えば、５ｎｍ〜５００
ｎｍの範囲で適宜に制御するようにしてもよい。
【０１０７】（１０） 上記した実施の形態において
は、低転位バッファー層１６の層厚を６００ｎｍとした
が、これに限られるものではないことは勿論であり、例
えば、０．３μｍ〜５μｍの範囲で適宜に制御するよう
にしてもよい。
は、低転位バッファー層１６の層厚を６００ｎｍとした
が、これに限られるものではないことは勿論であり、例
えば、０．３μｍ〜５μｍの範囲で適宜に制御するよう
にしてもよい。
【０１０８】（１１） 上記した実施の形態において
は、６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板１０と低転位バッフ
ァー層１６との間に第１初期層１２としてＡｌＮ薄膜を
形成するとともに第２初期層１４としてＡｌＧａＮを形
成したが、これに限られるものではないことは勿論であ
り、例えば、第１初期層１２と第２初期層１４とのいず
れか一方のみを形成するようにしてもよいし、あるい
は、両方とも形成しないようにしてもよい。
は、６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板１０と低転位バッフ
ァー層１６との間に第１初期層１２としてＡｌＮ薄膜を
形成するとともに第２初期層１４としてＡｌＧａＮを形
成したが、これに限られるものではないことは勿論であ
り、例えば、第１初期層１２と第２初期層１４とのいず
れか一方のみを形成するようにしてもよいし、あるい
は、両方とも形成しないようにしてもよい。
【０１０９】（１２）上記した実施の形態ならびに上記
（１）乃至（１１）に示す変形例は、適宜に組み合わせ
るようにしてもよい。
（１）乃至（１１）に示す変形例は、適宜に組み合わせ
るようにしてもよい。
【０１１０】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、各種の材料からなる基板上などに、例え
ば、ＧａＮなどの窒化物半導体の薄膜や厚膜などのエピ
タキシャル半導体層を、所定の素子構造を構成するため
の素子材料として形成する際において、当該基板などと
当該エピタキシャル半導体層との間に形成するバッファ
ー層として低転位密度のバッファーを形成することがで
き、しかもその際に、煩雑なプロセスを必要がなく、ま
た、表面の平坦化のために厚膜として成膜する必要がな
いため、簡単なプロセスにより短時間で形成可能であ
り、かつ、クラックの発生する恐れのない低転位バッフ
ァーおよびその製造方法ならびに低転位バッファーを備
えた素子を提供することができるという優れた効果を奏
する。
ているので、各種の材料からなる基板上などに、例え
ば、ＧａＮなどの窒化物半導体の薄膜や厚膜などのエピ
タキシャル半導体層を、所定の素子構造を構成するため
の素子材料として形成する際において、当該基板などと
当該エピタキシャル半導体層との間に形成するバッファ
ー層として低転位密度のバッファーを形成することがで
き、しかもその際に、煩雑なプロセスを必要がなく、ま
た、表面の平坦化のために厚膜として成膜する必要がな
いため、簡単なプロセスにより短時間で形成可能であ
り、かつ、クラックの発生する恐れのない低転位バッフ
ァーおよびその製造方法ならびに低転位バッファーを備
えた素子を提供することができるという優れた効果を奏
する。
【図１】従来のバッファーの構造を模式的に表した断面
説明図である。
説明図である。
【図２】図１に示す構造体の貫通転位密度評価用薄膜の
表面のＳＥＭ像である。
表面のＳＥＭ像である。
【図３】本発明による低転位バッファーの実施の形態の
一例の構造を模式的に示す断面説明図である。
一例の構造を模式的に示す断面説明図である。
【図４】図３に示す構造体の貫通転位密度評価用薄膜の
表面のＳＥＭ像である。
表面のＳＥＭ像である。
【図５】本発明による低転位バッファー層を製造するた
めの製造装置の概念構成説明図である。
めの製造装置の概念構成説明図である。
【図６】キャリア・ガスならびに材料ガスの結晶成長反
応炉内への供給タイミング示すタイミング・チャートで
ある。
応炉内への供給タイミング示すタイミング・チャートで
ある。
【図７】ＴＥＳｉ流量と本発明による低転位バッファー
層における貫通転位密度との関係を示すグラフである。
層における貫通転位密度との関係を示すグラフである。
【図８】本発明による低転位バッファー層の周期数と本
発明による低転位バッファー層における貫通転位密度と
の関係を示すグラフである。
発明による低転位バッファー層における貫通転位密度と
の関係を示すグラフである。
【図９】図３に示す構造体の断面のＴＥＭ像である。
【図１０】本発明による低転位バッファー層の周期数と
本発明による低転位バッファー層における貫通転位密度
との関係を示すグラフである。
本発明による低転位バッファー層における貫通転位密度
との関係を示すグラフである。
【図１１】本発明による低転位バッファー層を備えた窒
化物半導体ＨＦＥＴ（Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｅｒ）
を示す斜視図である。
化物半導体ＨＦＥＴ（Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｅｒ）
を示す斜視図である。
【図１２】本発明による低転位バッファー層を備えた窒
化物半導体レーザーダイオードを示す斜視図である。
化物半導体レーザーダイオードを示す斜視図である。
１０ 基板 １２ 第１初期層 １４ 第２初期層 １６ 低転位バッファー層 １６ａ 高濃度不純物含有窒化物半導体層 １６ｂ 不純物不含有窒化物半導体層 １８ 貫通転位密度評価用薄膜 １００ 基板 １０２ 薄膜 １０４ バッファー １０６ 貫通転位密度評価用薄膜 ２００ 結晶成長装置 ２０２ ＲＦ加熱コイル ２０４ 結晶成長反応炉 ２０６ サセプター ２０８ ＲＦ電源 ２１０ ＲＦ制御装置 ２１２ 第１導入パイプライン ２１４ 第２導入パイプライン ２１６ 第３導入パイプライン ２１８ ロータリー・ポンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 33/00 Ｈ０１Ｓ 5/323 (72)発明者 青柳 克信 埼玉県和光市広沢２番１号 理化学研究所 内 (72)発明者 平田 彰 東京都新宿区大久保３−４−１ 早稲田大 学理工学部内 Ｆターム(参考） 4K030 AA11 AA13 AA17 BA02 BA08 BA11 BA38 CA04 FA10 JA06 LA11 5F041 AA40 CA05 CA40 CA46 CA54 CA57 CA58 5F045 AA04 AB09 AB17 AC08 AC09 AC12 AF02 AF03 AF04 AF09 AF13 BB12 CA11 DA53 DA54 EK03 5F073 AA55 AA71 AA74 CB02 CB04 CB07 CB19 DA05 5F102 GB01 GC01 GD01 GJ02 GK08 GL04 GM04 GQ01 HC01
Claims (12)
- 【請求項１】 基板と前記基板上に素子構造を構成する
ために形成される素子材料としての窒化物半導体との間
に形成する低転位バッファーにおいて、 不純物をドーピング・レベルを超えた濃度で含有した窒
化物半導体よりなる第１の層と不純物を含有していない
窒化物半導体よりなる第２の層とを、基板上に交互に所
定数積層して超格子構造を形成したものである低転位バ
ッファー。 - 【請求項２】 請求項１に記載の低転位バッファーにお
いて、 前記第１の層を形成する窒化物半導体に含有される不純
物の濃度は、１０１８ｃｍ−３〜１０％である低転位バ
ッファー。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２のいずれか１項
に記載の低転位バッファーにおいて、 前記不純物は、Ｓｉ（シリコン）、Ｃ（炭素）、Ｍｇ
（マグネシウム）またはＯ（酸素）である低転位バッフ
ァー。 - 【請求項４】 請求項１、請求項２または請求項３のい
ずれか１項に記載の低転位バッファーにおいて、 前記第１の層と前記第２の層とを形成する窒化物半導体
は、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体である低転位バッファ
ー。 - 【請求項５】 請求項１、請求項２、請求項３または請
求項４のいずれか１項に記載の低転位バッファーにおい
て、 前記基板は、Ｓｉ（シリコン）、ＳｉＣ（炭化シリコ
ン）、Ａｌ２Ｏ３（サファイア）またはＧａＡｓ（砒化
ガリウム）よりなるものである低転位バッファー。 - 【請求項６】 基板と前記基板上に素子構造を構成する
ために形成される素子材料としての窒化物半導体との間
に形成する低転位バッファーを製造する低転位バッファ
ーの製造方法において、 不純物をドーピング・レベルを超えた濃度で含有した窒
化物半導体よりなる第１の層または不純物を含有してい
ない窒化物半導体よりなる第２の層のうちいずれか一方
を形成する第１のステップと、 前記第１の層または前記第２の層のうちで、前記第１の
ステップにより形成されていない層を前記第１のステッ
プにより形成された層上に形成する第２のステップとを
有し、前記第１のステップと前記第２のステップとを交
互に所定数繰り返して、基板上に前記第１の層と前記第
２の層とを交互に所定数積層した超格子構造を形成する
ものである低転位バッファーの製造方法。 - 【請求項７】 請求項６に記載の低転位バッファーの製
造方法において、 前記第１の層を形成する窒化物半導体に含有される不純
物の濃度は、略１％以上である低転位バッファーの製造
方法。 - 【請求項８】 請求項６または請求項７のいずれか１項
に記載の低転位バッファーの製造方法において、 前記不純物は、Ｓｉ（シリコン）、Ｃ（炭素）、Ｍｇ
（マグネシウム）またはＯ（酸素）である低転位バッフ
ァーの製造方法。 - 【請求項９】 請求項６、請求項７または請求項８のい
ずれか１項に記載の低転位バッファーの製造方法におい
て、 前記第１の層と前記第２の層とを形成する窒化物半導体
は、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体である低転位バッファー
の製造方法。 - 【請求項１０】 請求項６、請求項７、請求項８または
請求項９のいずれか１項に記載の低転位バッファーの製
造方法において、 前記基板は、Ｓｉ（シリコン）、ＳｉＣ（炭化シリコ
ン）、Ａｌ２Ｏ３（サファイア）またはＧａＡｓ（砒化
ガリウム）よりなるものである低転位バッファーの製造
方法。 - 【請求項１１】 請求項１、、請求項２、請求項３、請
求項４または請求項５のいずれか１項に記載の低転位バ
ッファー上に、窒化物半導体を素子材料として所定の素
子構造を構成したものである低転位バッファーを備えた
素子。 - 【請求項１２】 請求項１１に記載の低転位バッファー
を備えた素子において、 前記素子構造を構成するための素子材料となる窒化物半
導体は、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体である低転位バッフ
ァーを備えた素子。
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