JP2003188414A - 半導体発光素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 消費電力及び動作電圧及びしきい値の低い半
導体発光素子の低コスト化が困難であった。 【解決手段】 低抵抗のシリコンから成り且つ一方の主
面１１ａが（１１１）面から０．５〜５度の範囲で傾い
ている基板１１を用意する。この基板１１の上にＡｌＮ
から成る第１の層１２ａとＧａＮから成る第２の層１２
ｂとを交互に複数積層した複合層構造のバッファ層１２
を設ける。バッファ層１２の上に窒化ガリウムから成る
ｎ形半導体領域１３、窒化ガリウムインジウムからなる
活性層１４、窒化ガリウムから成るｐ形半導体領域１５
を順次に形成する。基板１１の多段ステップをバッファ
層１２、ｎ形半導体領域１３、活性層１４、ｐ形半導体
領域１５に引き継がせる。ｐ形半導体領域１５の上にア
ノード電極１７を設け、基板１１にカソード電極１８を
設ける。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、量子細線構造を有
する半導体発光素子の製造方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】近年、化合物半導体の量子細線（数１０
ｎｍの線状結晶）を利用して低しきい値の半導体レ−ザ
等を製作する試みが精力的になされている。例えば、応
用物理学会誌 第６７巻 第７号 第７７６頁〜７８５
頁には、数度のオフ基板即ちミラ−指数で示す結晶の面
方位から傾いた表面を有する基板構造のＧａＡｓ半導体
基板上に、ＩｎＧａＡｓ系の量子細線を形成した赤外レ
−ザが開示されている。同文献に記載された技術によれ
ば、自己組織化機構を利用して基板表面の材料の多段原
子ステップ面に量子細線を形成できる為、量子細線構造
の半導体発光素子を容易に製作することができる。即
ち、基板表面に形成された原子ステップ（結晶表面の原
子面の段差）を利用して量子細線を形成できるため、フ
ォトリソグラフィ−とエッチングを使用して量子細線を
形成する従来の方法に比較して、量子細線構造を有する
半導体レ−ザを生産性良く製作できる利点がある。 【０００３】 【発明が解決使用とする課題】しかし、窒化物系化合物
半導体から成る発光機能層を備えた半導体発光素子を製
作するためには、サファイアから成る基板材料の上に窒
化物系化合物半導体領域を膜成長させる必要がある。サ
ファイア基板上に、窒化物系化合物半導体領域を膜成長
させるためには、一般的にサファイア基板上にアモルフ
ァス状の低温バッファ層を形成し、このバッファ層を介
して発光機能層を構成する窒化物系化合物半導体領域を
形成する。 【０００４】ところで、このアモルファス層は昇温中に
結晶化し、このアモルファス層の上に積層形成される窒
化物系化合物半導体層は結晶化したバッファ層の結晶方
位を受け継いで膜成長される。即ち、積層される窒化物
系化合物半導体層の方位や結晶性は、サファイア基板の
影響よりも、アモルファス層が高温で結晶化した島状結
晶の方位や結晶性の影響を大きく受ける。このため、上
述のＩｎＧａＡｓ系の量子細線のようにオフ基板を使用
しても、低温バッファ層の結晶方位を受け継いでしまう
為、自己組織化機構を利用した量子細線の形成が困難で
あった。 【０００５】そこで、本発明の目的は、自己組織化機構
を利用した量子細線構造を有する窒化物系化合物半導体
素子の製造法方法を提供することにある。 【０００６】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決し、上記
目的を達成するための本発明は、シリコン又はシリコン
化合物から成り且つ一方の主面がミラ−指数で示す結晶
面方位の（１１１）面から［１１^-０］方向又は［１^-１
０］方向又は［１^-１^-２］方向又は［１１２^-］方向の
いずれかに０．５〜５度の角度で傾斜して取る基板を用
意する工程と、前記基板の一方の主面に、 化学式 Ａｌ_xＧａ_1-xＮ ここでｘは、０＜ｘ≦１ を満足する数値、で示すことができる材料から成る第１
の層とＧａＮ又は化学式 Ａｌ_yＧａ_1-yＮ ここで、ｙは、ｙ＜ｘ ０＜ｙ＜１ を満足する数値、で示すことができる材料から成る第２
の層との複合層から成るバッファ層を多段ステップ面を
有するように気相成長法によって形成する工程と、前記
バッファ層の一方の主面に発光機能を得るための複数の
窒化物系化合物半導体層を量子細線が生じるように気相
成長法によって形成する工程とを有していることを特徴
とする半導体発光素子の製造方法に係るものである。な
お、本願発明においては、ミラ−指数で示す結晶面方位
の表記を簡単にするために、１の反転を１^-，２の反転
を２^-で示すことにする。 【０００７】 【発明の効果】本発明においては、シリコン又はシリコ
ン化合物から成るオフ基板に、窒化物系化合物半導体か
ら成るバッファ層を介して発光機能を有する複数の窒化
物系化合物半導体層を形成する。このため、基板の結晶
方位を引き継いだバッファ層及び発光機能半導体層が得
られる。即ち、基板がオフオリエンテ−ション基板であ
るので、基板の表面が原子ステップを有し、バッファ層
及び発光機能半導体層も原子ステップを有し、量子細線
が生じる。この結果、量子細線を有する発光機能半導体
層を容易且つ良好に形成することができる。 【０００８】 【第１の実施形態】次に、図１及び図２を参照して本発
明の１実施形態に係わる３−５族化合物半導体発光素子
としての窒化ガリウム系化合物青色レ−ザダイオードを
説明する。 【０００９】図１及び図２に示す本発明の実施形態に従
う青色レ−ザダイオードは、発光機能を得るための複数
の窒化ガリウム系化合物半導体層から成る半導体領域１
０と、シリコン半導体から成るサブストレート即ち基板
１１と、バッファ層１２とを有している。発光機能を有
する半導体領域１０は、ＧａＮ（窒化ガリウム）から成
る第１の半導体層としてのｎ形半導体層１３、ｐ形のＩ
ｎＧａＮ（窒化ガリウム インジウム）から成る活性層
１４、及び第２の半導体層としてのＧａＮ（窒化ガリウ
ム）から成るｐ形半導体層１５とから成る。基板１１と
バッファ層１２と発光機能を有する半導体領域１０との
積層体から成る基体１６の一方の主面（上面）即ちｐ形
半導体層１５の表面上に第１の電極としてのアノード電
極１７が配置され、この基体１６の他方の主面（下面）
即ち基板１１の他方の主面に第２の電極としてのカソー
ド電極１８が配置されている。バッファ層１２、ｎ形半
導体層１３、活性層１４、及びｐ形半導体層１５は、基
板１１の上に順次にそれぞれの結晶方位を揃えてエピタ
キシャル成長させたものである。 【００１０】基板１１は、導電形決定不純物としてＡｓ
(砒素)を含むｎ⁺形シリコン単結晶から成る。このシリ
コン基板１１は低指数結晶面から小さな角度で傾斜させ
た表面を有するオフオリエンテ−ション基板である。具
体的には、図３及び図５（Ａ）に示すように基板１１の
バッファ層１２が配置される側の主面１１ａは、ミラ−
指数で示す結晶の面方位において（１１１）面から［１
１^-０］方向に約５度傾斜させた面である。ここで１^-は
既に説明したよう１の反転を示す。従って、基板１１の
一方の主面１１ａは図３に概略的に示すように多数のス
テップとテラスとが交互に形成された表面（以下「多段
ステップ面」という）を構成している。また、この基板
１１の不純物濃度は、５×１０¹⁸ｃｍ^-3〜５×１０¹⁹ｃ
ｍ^-3程度であり、この基板１１の抵抗率は０．０００１
Ω・ｃｍ〜０．０１Ω・ｃｍ程度である。抵抗率が比較
的低い基板１１はアノ−ド電極１７とカソード電極１８
との間の電流通路として機能する。また、基板１１は、
比較的厚い約３５０μｍの厚みを有し、ｐ形半導体層１
５、活性層１４及びｎ形半導体層１３から成る発光機能
を有する半導体領域１０及びバッファ層１２の支持体と
して機能する。 【００１１】基板１１の一方の主面全体を被覆するよう
に配置されたバッファ層１２は、複数の第１の層１２ａ
と複数の第２の層１２ｂとが交互に積層された複合層か
ら成る。図１及び図２では、図示の都合上、バッファ層
１２が２つの第１の層１２ａと２つの第２の層１２ｂと
で示されているが、実際には、バッファ層１２は、１０
個の第１の層１２ａと１０個の第２の層１２ｂとを有す
る。 【００１２】第１の層１２ａは、 化学式 Ａｌ_xＧａ_1-xＮ ここで、ｘは０＜ｘ≦１を満足する任意の数値、で示す
ことができる材料で形成される。即ち、第１の層１２ａ
は、ＡｌＮ(窒化アルミニウム)又はＡｌＧａＮ（窒化ガ
リウム アルミニウム）で形成される。図１及び図２の
実施形態では、前記式のｘが１とされた材料に相当する
ＡｌＮ（窒化アルミニウム）が第１の層１２ａに使用さ
れている。第１の層１２ａは、絶縁性を有する極薄い膜
である。第１の層１２ａの格子定数及び熱膨張係数は第
２の層１２ｂよりもシリコン基板１１に近い。従って、
第１の層１１ａは第２の層１２ｂよりもバッファ作用が
大きい。 【００１３】第２の層１２ｂは、ＧａＮ（窒化ガリウ
ム）又は 化学式Ａｌ_yＧａ_1-yＮ ここで、ｙは、ｙ＜ｘ及び０＜ｙ＜１を満足する任意の
数値、で示すことができる材料から成るｎ形半導体の極
く薄い膜である。第２の層１２ｂとしてＡｌ_yＧａ_1-yＮ
から成るｎ形半導体を使用する場合には、第２の層１２
ｂの電気抵抗の増大を抑えるために、ｙを０＜ｙ＜０．
８を満足する値即ち０よりも大きく且つ０．８よりも小
さくすることが望ましい。第２の層１２ｂは第１の層１
２ａの電気的接続導電体又は半導体として機能する。 【００１４】バッファ層１２の第１の層１２ａの厚み
は、好ましくは0.5ｎｍ〜10ｎｍ即ち５〜１００オング
ストロ−ム、より好ましくは１ｎｍ〜８ｎｍである。第
１の層１２ａの厚みが0.5ｎｍ未満の場合にはバッファ
層１２の上面に形成されるｎ形半導体領域１３の結晶性
が良好に保てなくなる。第１の層１２ａの厚みが10ｎｍ
を超えると、量子力学的トンネル効果を良好に得ること
ができなくなり、バッファ層１２の電気的抵抗が増大す
る。 【００１５】第２の層１２ｂの厚みは、好ましくは５ｎ
ｍ〜２０００ｎｍ即ち５０〜２００００オングストロ−
ムであり、より好ましくは１０ｎｍ〜３００ｎｍであ
る。第２の層１２ｂの厚みが１０ｎｍ未満の場合には、
基板１１と第２の層１２ｂとの間のエネルギバンドの不
連続性が比較的大きくなり、発光素子の動作時のアノー
ド電極１７とカソード電極１８との間の抵抗及び電圧Ｖ
fが比較的大きくなる。また、第２の層１２ｂの厚みが
１０ｎｍ未満の場合には、第２の層１２ｂの上に形成さ
れる一方の第１の層１１ａと第２の層１２ｂの下に形成
される他方の第１の層１１ａとの間の電気的接続が良好
に達成されず、バッファ層１２の電気的抵抗が増大す
る。第２の層１２ｂの厚みが３００ｎｍを超えた場合に
は、バッファ層12全体に対する第１の層１１ａの割合が
低下し、バッファ機能が相対的に小さくなり、半導体領
域１０の結晶性が良好に保てなくなる。 【００１６】バッファ層１２を構成する第１の層１２ａ
と第２の層１２ｂは、いずれも基板１１の一方の主面１
１ａの表面状態を引き継いで形成される。このため、第
１の層１２ａ及び第２の層１２ｂの表面は、多数のステ
ップとテラスとが交互に形成された表面（以下「多段ス
テップ面」という）を構成している。結果として、バッ
ファ層１２の一方の主面は、基板１１の一方の主面と同
じ多段ステップ面となっている。ただし、バッファ層１
２の一方の主面におけるテラスの幅は、シリコン基板１
１の一方の主面におけるテラスの幅よりも小さいことも
ある。 【００１７】バッファ層１２の一方の主面には、厚み約
０．２μｍのｎ形ＧａＮから成るｎ形半導体層１３が形
成されている。このｎ形半導体層１３は、バッファ層１
２の一方の主面の表面状態を引き継いで形成されるた
め、その一方の主面は多数のステップとテラスとが交互
に形成された表面（以下「多段ステップ面」という）を
構成している。 【００１８】ｎ形半導体層１３の一方の主面には、厚み
約２ｎｍ即ち２０オングストロ−ムのｐ形ＩｎＧａＮか
ら成る活性層１４が形成されている。この活性層１４は
ｎ形半導体層１３の一方の主面の表面状態を引き継いで
形成されるため、その一方の主面は多数のステップとテ
ラスとが交互に形成された表面（以下「多段ステップ
面」という）を構成している。この結果、膜厚が２ｎｍ
程度の薄い活性層１４では、ステップ端を利用した多数
の量子細線は形成されている。 【００１９】活性層１４の一方の主面には、厚み約０．
２μｍのｐ形ＧａＮから成るｐ形半導体層１５が形成さ
れている。このｐ形半導体層１５も、活性層１４の一方
の主面の表面状態を引き継いで形成されるため、その一
方の主面には多数のステップとテラスとが交互に形成さ
れた表面（以下「多段ステップ面」という）を構成して
いる。 【００２０】次に、図１の半導体発光の製造方法につい
て説明する。まず、図５（Ａ）に示すｎ形不純物が導入
されたｎ⁺形シリコン半導体から成る基板１１を用意す
る。量子細線を形成するための基板１１の一方の主面
は、ミラ−指数で示す結晶の面方位において（１１１）
面から［１１^-０］方向に５度傾斜させた面となってい
る。従って、基板１１の一方の主面１１ａは、多段ステ
ップ面となっている。 【００２１】次に、図５（Ｂ）に示すように基板１１の
主面１１ａ上にバッファ層１２を形成する。このバッフ
ァ層１２は、周知のＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chem
icalVapor Deposition）即ち有機金属化学気相成長法
によってＡｌＮから成る第１の層１２ａとＧａＮから成
る第２の層１２ｂとを繰返して積層することによって形
成する。即ち、シリコン単結晶の基板１１をＭＯＣＶＤ
装置の反応室内に配置し、まず、サーマルアニーリング
を施して表面の酸化膜を除去する。次に、反応室内にＴ
ＭＡ（トリメチルアルミニウム）ガスとＮＨ₃ （アンモ
ニア）ガスを約２４秒間供給して、基板１１の一方の主
面に厚さ約５ｎｍのＡｌＮ層から成る第１の層１２ａを
形成する。本実施例では基板１１の加熱温度を１１２０
℃とした後に、ＴＭＡガスの流量即ちＡｌの供給量を約
６３μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ₃ガスの流量即ちＮＨ₃ の
供給量を約０．１４ｍｏｌ／ｍｉｎとした。続いて、基
板１１の加熱温度を１１２０℃とし、ＴＭＡガスの供給
を止めてから反応室内にＴＭＧ（トリメチルガリウム）
ガスとＮＨ₃ （アンモニア）ガスとＳｉＨ₄ （シラン）
ガスを約８３秒間供給して、基板１１の一方の主面に形
成された上記ＡｌＮから成る第１の層１２ａの上面に、
厚さ約３０ｎｍのｎ形のＧａＮから成る第２の層１２ｂ
を形成する。ここで、ＳｉＨ₄ガスは形成膜中にｎ形不
純物としてのＳｉを導入するためのものである。本実施
例では、ＴＭＧガスの流量即ちＧａの供給量を約６３μ
ｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ₃ ガスの流量即ちＮＨ₃ の供給量
を約０．１４ｍｏｌ／ｍｉｎ、ＳｉＨ₄ ガスの流量即ち
Ｓｉの供給量を約２１ｎｍｏｌ／ｍｉｎとした。本実施
例では、上述のＡｌＮから成る第１の層１２ａとＧａＮ
から成る第２の層１２ｂの形成を１０回繰り返してＡｌ
Ｎから成る第１の層１２ａとＧａＮから成る第２の層１
２ｂとが交互に２０層積層されたバッファ層１２を形成
する。勿論ＡｌＮから成る第１の層１２ａ、ＧａＮから
成る第２の層１２ｂをそれぞれ５０層等の任意の数に変
えることもできる。第１の層１２ａと第２の層１２ｂ
は、基板１１の一方の主面の表面状態を引き継いで膜成
長するため、バッファ層１２の一方の主面は多段ステッ
プ面となっている。 【００２２】次に、バッファ層１２の上面に周知のＭＯ
ＣＶＤ法によってｎ形半導体層１３、活性層１４及びｐ
形半導体層１５を順次連続して形成する。即ち、上面に
バッファ層１２が形成された基板１１をＭＯＣＶＤ装置
の反応室内に配置して、反応室内にまずトリメチルガリ
ウムガス即ちＴＭＧガス、ＮＨ₃（アンモニア）ガス、
ＳｉＨ₄ （シラン）ガスを供給してバッファ層１２の上
面にｎ形半導体領域１３を形成する。ここで、シランガ
スはｎ形半導体層１３中にｎ形不純物としてのＳｉを導
入するためのものである。本実施例ではバッファ層１２
が形成された基板１１の加熱温度を１０４０℃とした
後、ＴＭＧガスの流量即ちＧａの供給量を約４．３μmo
l ／ｍｉｎ、ＮＨ₃ ガスの流量即ちＮＨ₃ の供給量を約
５３．６ｍmol ／ｍｉｎ、シランガスの流量即ちＳｉの
供給量を約１．５ｎmol ／ｍｉｎとした。また、本実施
例では、ｎ形半導体層１３の厚みを約０．２μｍとし
た。従来の一般的発光ダイオードの場合には、ｎ形半導
体層の厚みが約４．０〜５．０μｍであるから、これに
比べて図１の本実施例のｎ形半導体層１３はかなり肉薄
に形成されている。また、ｎ形半導体層１３の不純物濃
度は約３×１０¹⁸ｃｍ^-3であり、基板１１の不純物濃度
よりは十分に低い。尚、本実施例によればバッファ層１
２が介在しているので、１０４０℃のような比較的高い
温度でｎ形半導体層１３を形成することが可能になる。
このｎ形半導体層１３もバッファ層１２の一方の主面状
態を受け継いで膜成長するため、その一方の主面は多段
ステップ面となっている。 【００２３】続いて、基板１１の加熱温度を８００℃と
し、反応室内にＴＭＧガス、アンモニアガスに加えてト
リメチルインジウムガス（以下、ＴＭＩガスという）と
ビスシクロペンタジェニルマグネシウムガス（以下、Ｃ
ｐ₂ Ｍｇガスという。）を供給してｎ形半導体層１３の
上面にｐ形ＩｎＧａＮ（窒化インジウム ガリウム）か
ら成る活性層１４を形成する。ここで、Ｃｐ₂ Ｍｇガス
は活性層１４中にｐ形導電形の不純物としてのＭｇ（マ
グネシウム）を導入するためのものである。本実施例で
は、ＴＭＧガスの流量を約１．１μmol ／ｍｉｎ、ＮＨ
₃ガスの流量を約６７ｍmol ／ｍｉｎ、ＴＭＩガスの流
量即ちＩｎの供給量を約４．５μmol ／ｍｉｎ、Ｇｐ2
Ｍｇガスの流量即ちＭｇの供給量を約１２ｎmol ／ｍｉ
ｎとした。また、活性層１４の厚みは約２ｎｍ即ち２０
オングストロ−ムとした。なお、活性層１４の不純物濃
度は約３×１０¹⁷ｃｍ^-3である。活性層１４は、この下
側のｎ形半導体層１３又はバッファ層１２を介して基板
１１の一方の主面の表面状態を引き継いで形成される。
このため、活性層１４の一方の主面は、多数のステップ
と多数のテラスとが交互に形成された多段ステップ面を
構成している。 【００２４】続いて、基板１１の加熱温度を１０４０℃
とし、反応室内にＴＭＧガス、アンモニアガス及びＣｐ
₂ Ｍｇガスを供給して活性層１４の上面にｐ形ＧａＮ
（窒化ガリウム）から成るｐ形半導体層１５を形成す
る。本実施例では、この時のＴＭＧガスの流量を約４．
３μmol ／ｍｉｎ、アンモニアガスの流量を約５３．６
μmol ／ｍｉｎ、Ｃｐ₂ Ｍｇガスの流量を約０．１２μ
mol ／ｍｉｎとした。また、ｐ形半導体層１５の厚みは
約０．２μｍとした。なお、ｐ形半導体層１５の不純物
濃度は約３×１０¹⁸ｃｍ^-3である。このｐ形半導体層１
５の一方の主面も多段ステップ面となる。 【００２５】上記のＭＯＣＶＤ成長方法によれば、シリ
コン単結晶から成る基板１１の結晶方位を良好に引き継
いでいるバッファ層１２を形成することができる。ま
た、バッファ層１２の結晶方位に対してｎ形半導体層１
３、活性層１４及びｐ形半導体層１５の結晶方位を揃え
ることができる。この結果、良好な結晶性を有し、且つ
基板１１の多段ステップ面を良好に引き継いだｎ形半導
体１３、活性層１４及びｐ形半導体層１５が得られる。 【００２６】第１の電極としてのアノード電極１７は、
例えばニッケルと金を周知の真空蒸着法等によって半導
体基体１６の上面即ちｐ形半導体層１５の上面に付着さ
せることによって形成し、ｐ形半導体層１５の表面に低
抵抗接触させる。このアノード電極１７は図２に示すよ
うに円形の平面形状を有しており、半導体基体１６の上
面のほぼ中央に配置されている。半導体基体１６の上面
のうち、アノード電極１７の形成されていない領域１９
は、光取り出し領域として機能する。 【００２７】第２の電極としてのカソード電極１８は、
ｎ形半導体層１３に形成せずに、例えばチタンとアルミ
ニウムを周知の真空蒸着法等によって基板１１の下面全
体に形成する。 【００２８】図１の青色発光ダイオードを外部装置に取
付ける時には、例えばカソード電極１８を回路基板等の
外部電極に対して半田又は導電性接着剤で固着し、アノ
ード電極１７を周知のワイヤボンディング方法によって
外部電極に対してワイヤで電気的に接続する。 【００２９】本実施形態の青色レ−ザダイオードによれ
ば、次の効果が得られる。 （１） 基板１１の一方の主面に形成された格子定数が
シリコンとＧａＮとの間の値を有するＡｌＮから成る第
１の層１２ａは、シリコンから成る基板１１の結晶方位
を良好に引き継ぐことができる。この結果、バッファ層
１２の一方の主面に、ｎ形半導体層１３、活性層１４及
びｐ形半導体層１５からなるＧａＮ系半導体領域１０を
結晶方位を揃えて良好に形成することができる。このた
め、ＧａＮ系半導体領域１０の特性が良くなり、発光特
性も良くなる。また、ＧａＮ系半導体領域１０はオフ基
板１１のステップ表面を引き継ぐので多段ステップな
り、量子細線を容易且つ良好に得ることができ、低しき
い値のレ−ザダイオ−ドを容易に得ることができる。 （２） 第１の層１２ａと第２の層１２ｂが複数積層さ
れて成るバッファ層１２を介して半導体領域１０を形成
すると、半導体領域１０の結晶性が良くなる。即ち、シ
リコンから成る基板１１の一方の主面に、もしＧａＮ半
導体層のみによって構成されたバッファ層を形成した場
合、シリコンとＧａＮとは格子定数の差が大きいため、
このバッファ層の上面に結晶性に優れたＧａＮ系半導体
領域を形成することはできない。また、比較的厚いAlN
のみでバッファ層を形成すると、バッファ層の抵抗が大
きくなる。また、比較的薄いAlNのみでバッファ層を形
成すると、十分なバッファ機能が得られない。これに対
し、本実施例では、基板１１とＧａＮ系半導体領域１０
との間にシリコンとの格子定数差が比較的小さいＡｌＮ
から成る複数の第１の層１２ａが介在し、且つ第1の層
１２ａの相互間に第２の層１２ｂが介在した複合構造の
バッファ層１２が設けられている。このため、バッファ
層12の上に結晶性の良いＧａＮ系半導体領域１０を形成
することができる。この結果、ＧａＮ系半導体領域１０
の発光特性が良くなる。 （３） バッファ層１２に含まれている複数の第１の層
１２ａのそれぞれが量子力学的なトンネル効果の生じる
厚さに設定されているので、バッファ層１２の抵抗の増
大を抑えることができる。 （４） 基板１１とＧａＮ系半導体領域１０との熱膨張
係数の差に起因する歪みの発生を抑制できる。即ち、シ
リコンの熱膨張係数とＧａＮの熱膨張係数とは大きく相
違するため、両者を直接に積層すると熱膨張係数差に起
因する歪みが発生し易い。しかし、本実施例のＡｌＮか
らなる第１の層１２ａの熱膨張係数は基板１１の熱膨張
係数とＧａＮ系半導体領域１０の熱膨張係数との中間値
を有する。また。第１の層１２ａと第２の層１２ｂとの
複合層から成るバッファ層１２の平均的な熱膨張係数は
基板１１の熱膨張係数とＧａＮ系半導体領域１０の熱膨
張係数との中間値を有する。このため、このバッファ層
１２によって基板１１とＧａＮ半導体領域１０との熱膨
張係数の差に起因する歪みの発生を抑制することができ
る。 【００３０】 【変形例】本発明は上述の実施形態に限定されるもので
なく、例えば次の変形が可能なものである。 （１） 半導体基体１６の各層の導電形を実施例と逆に
することができる。 （２） ｎ形半導体層１３、活性層１４及びｐ形半導層
１５のそれぞれを、複数の半導体層の組み合せで構成す
ることができる。 （３） ｎ形半導体層１３、活性層１４及びｐ形半導層
１５のそれぞれの材料を、ＧａＮ（窒化ガリウム）、Ａ
ｌＩｎＮ（窒化インジウム アルミニウム）、ＡｌＧａ
Ｎ（窒化ガリウム アルミニウム）、ＩｎＧａＮ（窒化
ガリウム インジウム）、及びＡｌＩｎＧａＮ（窒化ガ
リウム インジウム アルミニウム）から選択された窒
化ガリウム系化合物半導体又は窒化インジウム系化合物
半導体とすることができる。 （４） ｎ形半導体層１３を省いてバッファ層１２の上
にＧａＩｎＮから成る活性層１４を直接に接触させるこ
とができる。これにより、肉厚のＡｌＧａＮクラッド層
を介在させて活性層１４を形成する場合に比較して活性
層１４に加わる引っ張り応力が緩和される。このため、
活性層１４の結晶性が良好となり、発光素子の発光特性
が更に良好に得られる。 （５） アノ−ド電極１７の下にオ−ミックコンタクト
のためのＰ⁺形半導体領域即ちコンタクト層を設けるこ
とができる。また、ｐ形半導体領域１５とアノ−ド電極
１７との間に周知の電流拡散層、電流ブロック層を設け
ることができる。 （６） アノ−ド電極１７を透明電極とパット電極との
組み合せとで構成することができる。 （７） バッファ層１２の第１の層１２ａの数を第２の
層１２ｂよりも１層多くしてバッファ層12の最上層を第
1の層１２ａとすることができる。また、逆に第2の層１
２ｂの数を第1の層１２ａの数よりも1層多くすることも
できる。 （８） 第１の層１２ａ及び第２の層１２ｂは、これら
の機能を阻害しない範囲で不純物を含むものであっても
よい。 （９） 基板１１を、単結晶シリコン以外の多結晶シリ
コン又はＳｉＣ等のシリコン化合物とすることができ
る。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の１実施形態に従うのレ−ザダイオード
を示す中央縦断面図である。 【図２】図１のレ−ザダイオードの斜視図である。 【図３】図１の基板の表面を拡大して概略的に示す斜視
図である。 【図４】図２の一部を拡大して量子細線を概略的に示す
斜視図である。 【図５】図１のレ−ザダイオ−ドの構造を製造工程順に
拡大して示す断面図である。 【符号の説明】 １０ ＧａＮ系半導体領域 １１ シリコン単結晶から成る基板 １２ バッファ層 １２ａ ＡｌＮから成る第１の層 １２ｂ ＧａＮから成る第２の層 １３ ｎ形半導体層 １４ 活性層 １５ ｐ形半導体層 １６ 基体 １８ アノード電極 １９ カソード電極

フロントページの続き (72)発明者 杢 哲次 埼玉県新座市北野三丁目６番３号 サンケ ン電気株式会社内 (72)発明者 江川 孝志 愛知県名古屋市昭和区御器所町（番地な し） 名古屋工業大学内 (72)発明者 石川 博康 愛知県名古屋市昭和区御器所町（番地な し） 名古屋工業大学内 (72)発明者 神保 孝志 愛知県名古屋市昭和区御器所町（番地な し） 名古屋工業大学内 Ｆターム(参考） 5F041 AA42 CA03 CA05 CA40 5F045 AA04 AB09 AB14 AC01 AC08 AC12 AD15 AF03 BB12 CA09 DA56 5F073 AA75 CA03 CB04 DA05

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 シリコン又はシリコン化合物から成り且
   つ一方の主面がミラ−指数で示す結晶面方位の（１１
   １）面から［１１^-０］方向又は［１^-１０］方向又は
   ［１^-１^-２］方向又は［１１２^-］方向のいずれかに
   ０．５〜５度の角度で傾斜している基板を用意する工程
   と、前記基板の一方の主面に、 化学式 Ａｌ_xＧａ_1-xＮ ここでｘは、０＜ｘ≦１ を満足する数値、で示すことができる材料から成る第１
   の層とＧａＮ又は化学式 Ａｌ_yＧａ_1-yＮ ここで、ｙは、ｙ＜ｘ ０＜ｙ＜１ を満足する数値、で示すことができる材料から成る第２
   の層との複合層から成るバッファ層を多段ステップ面を
   有するように気相成長法によって形成する工程と、 前記バッファ層の一方の主面に発光機能を得るための複
   数の窒化物系化合物半導体層を量子細線が生じるように
   気相成長法によって形成する工程とを有していることを
   特徴とする半導体発光素子の製造方法。