JP2000049092A - 窒化物半導体の結晶成長方法および窒化物半導体装置並びにその製造方法 - Google Patents
窒化物半導体の結晶成長方法および窒化物半導体装置並びにその製造方法Info
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】
【課題】窒化物半導体結晶層における転位を従来よりも
減少させる窒化物半導体の結晶成長方法を提供する。 【解決手段】本発明の窒化物半導体の結晶成長方法は、
基板上に金属単結晶層を形成する工程と、金属単結晶層
を窒化することによって金属窒化物単結晶層を形成する
工程と、金属窒化物単結晶層上に窒化物半導体層をエピ
タキシャル成長する工程とを包含する。
減少させる窒化物半導体の結晶成長方法を提供する。 【解決手段】本発明の窒化物半導体の結晶成長方法は、
基板上に金属単結晶層を形成する工程と、金属単結晶層
を窒化することによって金属窒化物単結晶層を形成する
工程と、金属窒化物単結晶層上に窒化物半導体層をエピ
タキシャル成長する工程とを包含する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化物半導体の結
晶成長方法、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。
晶成長方法、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】ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ等の窒化物半導
体は、青色半導体レーザ装置や、高温で高速動作するト
ランジスタ等の半導体装置に用いる材料として好適であ
る。
体は、青色半導体レーザ装置や、高温で高速動作するト
ランジスタ等の半導体装置に用いる材料として好適であ
る。
【０００３】半導体装置に好適に用いられる窒化物半導
体の単結晶層を得るために、種々の方法が検討されてき
た。
体の単結晶層を得るために、種々の方法が検討されてき
た。
【０００４】サファイア（Ａｌ2Ｏ3）単結晶基板または
Ｓｉ単結晶基板上に直接、窒化物半導体層（例えばＡｌ
Ｎ）を有機金属気相エピタキシャル成長法（以下ＭＯＶ
ＰＥ法；有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）とも
言われる）で堆積する技術が検討された。しかしなが
ら、この方法によって得られた窒化物半導体層は、表面
モフォロジが悪く、また窒化物半導体層にクラックが発
生し易く歩留まりが低い、等の問題があり、実用される
に至らなかった。クラックは、窒化物半導体層の成膜温
度（ＡｌＮの場合は約１０００℃）から室温までに降温
する過程において、単結晶基板と窒化物半導体層との熱
膨張係数の違いによる熱応力に起因して発生すると考え
らる。
Ｓｉ単結晶基板上に直接、窒化物半導体層（例えばＡｌ
Ｎ）を有機金属気相エピタキシャル成長法（以下ＭＯＶ
ＰＥ法；有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）とも
言われる）で堆積する技術が検討された。しかしなが
ら、この方法によって得られた窒化物半導体層は、表面
モフォロジが悪く、また窒化物半導体層にクラックが発
生し易く歩留まりが低い、等の問題があり、実用される
に至らなかった。クラックは、窒化物半導体層の成膜温
度（ＡｌＮの場合は約１０００℃）から室温までに降温
する過程において、単結晶基板と窒化物半導体層との熱
膨張係数の違いによる熱応力に起因して発生すると考え
らる。
【０００５】その後、サファイア単結晶基板やＳｉ単結
晶基板上に、ＭＯＶＰＥ法を用いて比較的低い温度で、
一旦アモルファスまたは多結晶の窒化物半導体層（Ｇａ
ＮまたはＧａ1-aＡｌaＮ（０＜ａ≦１）層）を形成し、
この窒化物半導体層を加熱することによって、部分的に
単結晶化されたバッファ層を形成し、このバッファ層上
に半導体装置を形成するための窒化物半導体層をエピタ
キシャル成長する技術が開発された（例えば、特開平４
−２９７０２３号公報および特開平７−３１２３５０号
公報）。
晶基板上に、ＭＯＶＰＥ法を用いて比較的低い温度で、
一旦アモルファスまたは多結晶の窒化物半導体層（Ｇａ
ＮまたはＧａ1-aＡｌaＮ（０＜ａ≦１）層）を形成し、
この窒化物半導体層を加熱することによって、部分的に
単結晶化されたバッファ層を形成し、このバッファ層上
に半導体装置を形成するための窒化物半導体層をエピタ
キシャル成長する技術が開発された（例えば、特開平４
−２９７０２３号公報および特開平７−３１２３５０号
公報）。
【０００６】バッファ層上に形成された窒化物半導体層
を用いた半導体装置の一例として、特開平６−１７７４
２３号公報に開示されている発光素子が知られている。
この発光素子９００は、図１４に示すようにサファイア
基板９２上に多結晶またはアモルファスの、ＧａＮまた
はＧａ1-aＡｌaＮ（０＜ａ≦１）よりなるバッファ層９
５、ｎ型Ｇａ1-bＡｌbＮ（０≦ｂ＜１）クラッド層９
６、ｎ型ＩｎxＧａ1-xＮ（０＜ｘ＜０．５）活性層９
７、ｐ型Ｇａ1-cＡｌcＮ（０≦ｃ＜１）クラッド層９８
が順次積層された構造を有している。
を用いた半導体装置の一例として、特開平６−１７７４
２３号公報に開示されている発光素子が知られている。
この発光素子９００は、図１４に示すようにサファイア
基板９２上に多結晶またはアモルファスの、ＧａＮまた
はＧａ1-aＡｌaＮ（０＜ａ≦１）よりなるバッファ層９
５、ｎ型Ｇａ1-bＡｌbＮ（０≦ｂ＜１）クラッド層９
６、ｎ型ＩｎxＧａ1-xＮ（０＜ｘ＜０．５）活性層９
７、ｐ型Ｇａ1-cＡｌcＮ（０≦ｃ＜１）クラッド層９８
が順次積層された構造を有している。
【０００７】また、バッファ層９５の結晶成長に関する
技術は、上述の特開平４−２９７０２３号公報および特
開平７−３１２３５０号公報に開示されている。特開平
４−２９７０２３号公報および特開平７−３１２３５０
号公報には、ＧａＮまたはＧａ1-aＡｌaＮ（０＜ａ≦
１）よりなるバッファ層９５をＭＯＶＰＥ法を用い、２
００℃以上９００℃以下の結晶成長温度にて積層する方
法が示されている。この方法は、多結晶のＧａ1-aＡｌa
Ｎ（０≦ａ≦１）よりなるバッファ層９５をサファイア
基板９２上に低温で積層し、その上にＭＯＶＰＥ法を用
い、１０００℃程度の結晶成長温度で積層される窒化物
半導体結晶層、例えばｎ型Ｇａ1-bＡｌbＮクラッド層９
６を積層する前の昇温過程においてバッファ層９５の一
部を単結晶化するものである。
技術は、上述の特開平４−２９７０２３号公報および特
開平７−３１２３５０号公報に開示されている。特開平
４−２９７０２３号公報および特開平７−３１２３５０
号公報には、ＧａＮまたはＧａ1-aＡｌaＮ（０＜ａ≦
１）よりなるバッファ層９５をＭＯＶＰＥ法を用い、２
００℃以上９００℃以下の結晶成長温度にて積層する方
法が示されている。この方法は、多結晶のＧａ1-aＡｌa
Ｎ（０≦ａ≦１）よりなるバッファ層９５をサファイア
基板９２上に低温で積層し、その上にＭＯＶＰＥ法を用
い、１０００℃程度の結晶成長温度で積層される窒化物
半導体結晶層、例えばｎ型Ｇａ1-bＡｌbＮクラッド層９
６を積層する前の昇温過程においてバッファ層９５の一
部を単結晶化するものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本願発
明者が、上記従来の方法によりサファイア基板上に低温
で成長させたバッファ層の上に成長させた窒化物半導体
結晶の断面を透過型電子顕微鏡などで詳細に調べた結
果、上記の従来技術の結晶成長方法によって得られた窒
化物半導体結晶層は多くの転位を有しており、その結
果、得られた半導体装置の寿命が短いことが分かった。
明者が、上記従来の方法によりサファイア基板上に低温
で成長させたバッファ層の上に成長させた窒化物半導体
結晶の断面を透過型電子顕微鏡などで詳細に調べた結
果、上記の従来技術の結晶成長方法によって得られた窒
化物半導体結晶層は多くの転位を有しており、その結
果、得られた半導体装置の寿命が短いことが分かった。
【０００９】上記従来の半導体装置の製造方法におい
て、窒化物半導体結晶層を結晶成長する前の昇温過程に
おいてバッファ層９５が単結晶化されるのはサファイア
基板９２の面内の一部の領域だけである。従って、バッ
ファ層９５が単結晶化されない領域においては、バッフ
ァ層９５を構成する多結晶の配向性が悪く、サファイア
基板９２とバッファ層９５との界面で転位（欠陥）が発
生し、それが窒化物半導体結晶層（クラッド層９６、活
性層９７及びクラッド層９８）にまで成長していくと考
えられる。窒化物半導体結晶層中の転位の密度は１０9
ｃｍ-2にも達し、半導体装置の寿命を短くしていた。
て、窒化物半導体結晶層を結晶成長する前の昇温過程に
おいてバッファ層９５が単結晶化されるのはサファイア
基板９２の面内の一部の領域だけである。従って、バッ
ファ層９５が単結晶化されない領域においては、バッフ
ァ層９５を構成する多結晶の配向性が悪く、サファイア
基板９２とバッファ層９５との界面で転位（欠陥）が発
生し、それが窒化物半導体結晶層（クラッド層９６、活
性層９７及びクラッド層９８）にまで成長していくと考
えられる。窒化物半導体結晶層中の転位の密度は１０9
ｃｍ-2にも達し、半導体装置の寿命を短くしていた。
【００１０】また、サファイア単結晶基板の表面を窒化
することによって、ＡｌＮからなるバッファ層を形成す
る技術も検討されたが（例えば、特開昭６３−１７８５
１６号公報）、バッファ層にクラックが発生したり、上
述の従来技術と同様に、バッファ層に多量の転位が発生
し、実用化されるに至っていない。
することによって、ＡｌＮからなるバッファ層を形成す
る技術も検討されたが（例えば、特開昭６３−１７８５
１６号公報）、バッファ層にクラックが発生したり、上
述の従来技術と同様に、バッファ層に多量の転位が発生
し、実用化されるに至っていない。
【００１１】本発明はこのような課題を解決するための
ものであり、窒化物半導体結晶層における転位を従来よ
りも減少させる窒化物半導体の結晶成長方法、寿命が長
く信頼性の高い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。
ものであり、窒化物半導体結晶層における転位を従来よ
りも減少させる窒化物半導体の結晶成長方法、寿命が長
く信頼性の高い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。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の窒化物半導体の
結晶成長方法は、基板上に第１金属単結晶層を形成する
工程と、前記第１金属単結晶層を窒化することによって
金属窒化物単結晶層を形成する工程と、前記金属窒化物
単結晶層上に第１窒化物半導体層をエピタキシャル成長
する工程とを包含し、そのことによって上記目的が達成
される。
結晶成長方法は、基板上に第１金属単結晶層を形成する
工程と、前記第１金属単結晶層を窒化することによって
金属窒化物単結晶層を形成する工程と、前記金属窒化物
単結晶層上に第１窒化物半導体層をエピタキシャル成長
する工程とを包含し、そのことによって上記目的が達成
される。
【００１３】前記第１金属単結晶層を形成する工程は、
単結晶基板を用意する工程と、前記単結晶基板上に前記
第１金属単結晶層をエピタキシャル成長させる工程とを
包含することが好ましい。
単結晶基板を用意する工程と、前記単結晶基板上に前記
第１金属単結晶層をエピタキシャル成長させる工程とを
包含することが好ましい。
【００１４】前記第１金属単結晶層をエピタキシャル成
長させる工程はクラスターイオンビーム法によって行わ
れることが好ましい。
長させる工程はクラスターイオンビーム法によって行わ
れることが好ましい。
【００１５】ある実施例において、前記第１金属単結晶
層は、Ａｌ1-x-yＧａxＩｎy（０≦ｘ、ｙ≦１、０≦ｘ
＋ｙ＜１）から形成されている。
層は、Ａｌ1-x-yＧａxＩｎy（０≦ｘ、ｙ≦１、０≦ｘ
＋ｙ＜１）から形成されている。
【００１６】ある実施例において、前記第１窒化物半導
体層は、Ａｌ1-s-tＧａsＩｎtＮ（０≦ｓ、ｔ≦１、０
≦ｓ＋ｔ≦１）から形成されている。
体層は、Ａｌ1-s-tＧａsＩｎtＮ（０≦ｓ、ｔ≦１、０
≦ｓ＋ｔ≦１）から形成されている。
【００１７】前記第１金属単結晶層を窒化する工程は、
少なくともヒドラジンまたはアンモニアを含む雰囲気中
で、前記第１金属単結晶層を窒化する工程であることが
好まし。
少なくともヒドラジンまたはアンモニアを含む雰囲気中
で、前記第１金属単結晶層を窒化する工程であることが
好まし。
【００１８】前記第１金属単結晶層を窒化する工程は、
前記第１金属単結晶層の金属原子を前記単結晶基板中に
拡散させることによって、前記単結晶基板の表面に金属
拡散層を形成する工程を包含してもよい。
前記第１金属単結晶層の金属原子を前記単結晶基板中に
拡散させることによって、前記単結晶基板の表面に金属
拡散層を形成する工程を包含してもよい。
【００１９】前記単結晶基板上に第２金属単結晶層を形
成する工程を更に包含し、前記第１金属単結晶層を形成
する工程は、前記第２金属単結晶層上に前記第１金属単
結晶層をエピタキシャル成長する工程であってもよい。
成する工程を更に包含し、前記第１金属単結晶層を形成
する工程は、前記第２金属単結晶層上に前記第１金属単
結晶層をエピタキシャル成長する工程であってもよい。
【００２０】前記第１金属単結晶層を窒化する工程は、
前記第２金属単結晶層の金属原子を前記単結晶基板中に
拡散させることによって、前記単結晶基板の表面に金属
拡散層を形成する工程を包含してもよい。
前記第２金属単結晶層の金属原子を前記単結晶基板中に
拡散させることによって、前記単結晶基板の表面に金属
拡散層を形成する工程を包含してもよい。
【００２１】本発明の窒化物半導体装置の製造方法は、
半導体積層構造と前記半導体積層構造に電圧を印加する
ための一対の電極を有する窒化物半導体装置の製造方法
であって、前記半導体積層構造を形成する工程は、請求
項１に記載の窒化物半導体の結晶成長方法によって、第
１窒化物半導体層をエピタキシャル成長する工程を包含
し、そのことによって上記目的が達成される。
半導体積層構造と前記半導体積層構造に電圧を印加する
ための一対の電極を有する窒化物半導体装置の製造方法
であって、前記半導体積層構造を形成する工程は、請求
項１に記載の窒化物半導体の結晶成長方法によって、第
１窒化物半導体層をエピタキシャル成長する工程を包含
し、そのことによって上記目的が達成される。
【００２２】前記単結晶基板は導電性を有する単結晶基
板であって、前記電極を形成する工程は、前記単結晶基
板および前記半導体積層構造を介して互いに対向する面
に一対の電極を形成する工程であることが好ましい。
板であって、前記電極を形成する工程は、前記単結晶基
板および前記半導体積層構造を介して互いに対向する面
に一対の電極を形成する工程であることが好ましい。
【００２３】前記第１窒化物半導体層をエピタキシャル
成長する工程は、前記単結晶基板として半導体単結晶基
板を用い、前記半導体単結晶基板上に前記金属単結晶層
をエピタキシャル成長する工程と、前記金属単結晶層を
窒化することによって前記金属窒化物単結晶層を形成す
るとともに、前記金属単結晶層の金属原子を拡散させる
ことによって前記半導体単結晶基板の表面に金属拡散層
を形成する工程とを包含してもよい。
成長する工程は、前記単結晶基板として半導体単結晶基
板を用い、前記半導体単結晶基板上に前記金属単結晶層
をエピタキシャル成長する工程と、前記金属単結晶層を
窒化することによって前記金属窒化物単結晶層を形成す
るとともに、前記金属単結晶層の金属原子を拡散させる
ことによって前記半導体単結晶基板の表面に金属拡散層
を形成する工程とを包含してもよい。
【００２４】ある実施例において、前記単結晶基板は
（１１１）面を主面とするＳｉ単結晶基板であって、前
記金属単結晶層を形成する工程は、前記Ｓｉ単結晶基板
の（１１１）面上に、（１１１）面を主面とするＡｌ
1-x-yＧａxＩｎy（０≦ｘ、ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ＜１）
からなる層をエピタキシャル成長させる工程であって、
前記金属窒化物単結晶層を形成する工程は、前記Ａｌ
1-x-yＧａxＩｎyからなる前記金属単結晶層を窒化する
ことによって、（０００１）を主面とするＡｌ1-x-yＧ
ａxＩｎyＮからなる前記金属窒化物単結晶層を形成する
工程である。
（１１１）面を主面とするＳｉ単結晶基板であって、前
記金属単結晶層を形成する工程は、前記Ｓｉ単結晶基板
の（１１１）面上に、（１１１）面を主面とするＡｌ
1-x-yＧａxＩｎy（０≦ｘ、ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ＜１）
からなる層をエピタキシャル成長させる工程であって、
前記金属窒化物単結晶層を形成する工程は、前記Ａｌ
1-x-yＧａxＩｎyからなる前記金属単結晶層を窒化する
ことによって、（０００１）を主面とするＡｌ1-x-yＧ
ａxＩｎyＮからなる前記金属窒化物単結晶層を形成する
工程である。
【００２５】本発明による窒化物半導体装置は、単結晶
基板と、前記単結晶基板上に形成された、窒化された金
属単結晶層から形成されている金属窒化物単結晶層と、
前記金属窒化物単結晶層上にエピタキシャル成長された
第１窒化物半導体層を含む半導体積層構造と、前記半導
体積層構造に電圧を印加するための一対の電極とを有
し、そのことによって上記目的が達成される。
基板と、前記単結晶基板上に形成された、窒化された金
属単結晶層から形成されている金属窒化物単結晶層と、
前記金属窒化物単結晶層上にエピタキシャル成長された
第１窒化物半導体層を含む半導体積層構造と、前記半導
体積層構造に電圧を印加するための一対の電極とを有
し、そのことによって上記目的が達成される。
【００２６】ある実施例の窒化物半導体装置は、導電性
を有する単結晶基板と、前記単結晶基板上に形成され
た、窒化された金属単結晶層から形成されている金属窒
化物単結晶層と、前記金属窒化物単結晶層上にエピタキ
シャル成長された第１窒化物半導体層を含む半導体積層
構造と、前記単結晶基板と前記半導体積層構造とを介し
て、互いに対向する面に設けられた一対の電極とを有す
る。
を有する単結晶基板と、前記単結晶基板上に形成され
た、窒化された金属単結晶層から形成されている金属窒
化物単結晶層と、前記金属窒化物単結晶層上にエピタキ
シャル成長された第１窒化物半導体層を含む半導体積層
構造と、前記単結晶基板と前記半導体積層構造とを介し
て、互いに対向する面に設けられた一対の電極とを有す
る。
【００２７】前記単結晶基板の上に、第１金属単結晶層
を更に有し、前記金属窒化物単結晶層は、前記第１金属
単結晶層上にエピタキシャル成長された第２金属単結晶
層が窒化された層から形成されている構成であってもよ
い。
を更に有し、前記金属窒化物単結晶層は、前記第１金属
単結晶層上にエピタキシャル成長された第２金属単結晶
層が窒化された層から形成されている構成であってもよ
い。
【００２８】前記単結晶基板は、前記金属窒化物単結晶
層の金属原子が拡散した金属拡散層を有してもよい。ま
た、前記単結晶基板は、前記第１金属単結晶層の金属原
子が拡散した金属拡散層を有してもよい。
層の金属原子が拡散した金属拡散層を有してもよい。ま
た、前記単結晶基板は、前記第１金属単結晶層の金属原
子が拡散した金属拡散層を有してもよい。
【００２９】前記単結晶基板は、Ｓｉ1-s-tＧｅsＣ
t（０≦ｓ、ｔ≦１、０≦ｓ＋ｔ≦１）から形成されて
いてもよい。あるいは、前記単結晶基板は、Ａ1-uＢ
u（０＜ｕ＜１）から形成されており、ここでＡはＡ
ｌ、Ｇａ及びＩｎの内の１つであり、ＢはＡｓ、Ｐ及び
Ｓｂの内の１つであってもよい。また、前記単結晶基板
は、サファイア、スピネル、酸化マグネシウム、酸化亜
鉛、酸化クロム、酸化リチウムニオブ、酸化リチウムタ
ンタルおよび酸化リチウムガリウムからなる群から選択
されてもよい。
t（０≦ｓ、ｔ≦１、０≦ｓ＋ｔ≦１）から形成されて
いてもよい。あるいは、前記単結晶基板は、Ａ1-uＢ
u（０＜ｕ＜１）から形成されており、ここでＡはＡ
ｌ、Ｇａ及びＩｎの内の１つであり、ＢはＡｓ、Ｐ及び
Ｓｂの内の１つであってもよい。また、前記単結晶基板
は、サファイア、スピネル、酸化マグネシウム、酸化亜
鉛、酸化クロム、酸化リチウムニオブ、酸化リチウムタ
ンタルおよび酸化リチウムガリウムからなる群から選択
されてもよい。
【００３０】ある実施例において、前記第１金属単結晶
層は、ＡｕまたはＡｕを含む合金から形成されている。
層は、ＡｕまたはＡｕを含む合金から形成されている。
【００３１】ある実施例において、前記金属窒化物単結
晶層は、Ａｌ1-x-yＧａxＩｎyＮ（０≦ｘ、ｙ≦１、０
≦ｘ＋ｙ＜１）から形成されている。
晶層は、Ａｌ1-x-yＧａxＩｎyＮ（０≦ｘ、ｙ≦１、０
≦ｘ＋ｙ＜１）から形成されている。
【００３２】ある実施例において、前記単結晶基板は
（１１１）面を主面とするＳｉ単結晶基板であって、前
記金属窒化物単結晶層は（１１１）面上に形成され、且
つ（０００１）を主面とする。
（１１１）面を主面とするＳｉ単結晶基板であって、前
記金属窒化物単結晶層は（１１１）面上に形成され、且
つ（０００１）を主面とする。
【００３３】
【発明の実施の形態】本発明の窒化物半導体の結晶成長
方法は、まず、基板上に金属単結晶層を形成し、金属単
結晶層を窒化することによって金属窒化物単結晶層を形
成する。その後、得られた金属窒化物単結晶層上に窒化
物半導体層をエピタキシャル成長する。窒化工程におい
て、金属単結晶層の全てを窒化する必要は無い。金属単
結晶層の一部を窒化し、表面に形成された金属窒化物単
結晶層上に窒化物半導体層をエピタキシャル成長しても
よい。さらに、窒化される金属単結晶層とは異なる金属
単結晶層を基板上に形成し、その上に窒化される金属単
結晶層を形成してもよい。
方法は、まず、基板上に金属単結晶層を形成し、金属単
結晶層を窒化することによって金属窒化物単結晶層を形
成する。その後、得られた金属窒化物単結晶層上に窒化
物半導体層をエピタキシャル成長する。窒化工程におい
て、金属単結晶層の全てを窒化する必要は無い。金属単
結晶層の一部を窒化し、表面に形成された金属窒化物単
結晶層上に窒化物半導体層をエピタキシャル成長しても
よい。さらに、窒化される金属単結晶層とは異なる金属
単結晶層を基板上に形成し、その上に窒化される金属単
結晶層を形成してもよい。
【００３４】その上に窒化物半導体層がエピタキシャル
成長される金属窒化物単結晶層は、従来のバッファ層と
して機能し、窒化物半導体層の結晶性を高める。金属単
結晶層を窒化することによって金属窒化物からなるバッ
ファ層を形成すると、従来の多結晶層や多結晶層が部分
的に単結晶化された層とは異なり、欠陥の少ない単結晶
層が形成されるので、その上に転位密度の低い窒化物半
導体層をエピタキシャル成長によって堆積することがで
きる。
成長される金属窒化物単結晶層は、従来のバッファ層と
して機能し、窒化物半導体層の結晶性を高める。金属単
結晶層を窒化することによって金属窒化物からなるバッ
ファ層を形成すると、従来の多結晶層や多結晶層が部分
的に単結晶化された層とは異なり、欠陥の少ない単結晶
層が形成されるので、その上に転位密度の低い窒化物半
導体層をエピタキシャル成長によって堆積することがで
きる。
【００３５】また、従来の成長方法よりも、金属窒化物
単結晶層またはその上に形成される窒化物半導体層にク
ラックが発生することを抑制・防止することができる。
クラックの発生が抑制されるメカニズムは、金属単結
晶層の形成工程および金属単結晶層の窒化工程の熱履歴
によって金属窒化物単結晶層と基板または金属単結晶層
との間に発生する熱応力が低減されている、金属単結
晶層または金属窒化物単結晶層と基板との界面の状態
が、従来の成長方法によって形成される状態と異なり、
応力を緩和または応力の発生を抑制すると推測される。
単結晶層またはその上に形成される窒化物半導体層にク
ラックが発生することを抑制・防止することができる。
クラックの発生が抑制されるメカニズムは、金属単結
晶層の形成工程および金属単結晶層の窒化工程の熱履歴
によって金属窒化物単結晶層と基板または金属単結晶層
との間に発生する熱応力が低減されている、金属単結
晶層または金属窒化物単結晶層と基板との界面の状態
が、従来の成長方法によって形成される状態と異なり、
応力を緩和または応力の発生を抑制すると推測される。
【００３６】金属単結晶層の形成は、従来から知られて
いる方法を用いて実施することができる。例えば、クラ
スタイオンビーム（Ionized Cluster Beam:ICB）法やス
パッタ法を用いて、単結晶基板上に金属単結晶層をエピ
タキシャル成長することによって、金属単結晶層を形成
することができる。ＩＣＢ法を用いた金属単結晶層の成
長方法（ＩＣＢ装置及び成長条件）は、例えば、H. Ino
kawa et al. Jpn. J.Appl. Phys. 24, (1985) pp. L173
-L174、I. Yamada et al. J. Appl. Phys. 56(1986) p
p. 2746-2750、山田公著、日本表面科学会編「イオンビ
ームによる薄膜設計」第５．５節、第９０〜９５頁、共
立出版、１９９１等に記載されている。また、スパッタ
法を用いた金属単結晶層の成長方法は、S. Yokoyama et
al. Jpn. J. Appl. Phys. 32(1993)pp. L283- L286に
記載されている。特に、ＩＣＢ法を用いることによっ
て、品質の良い金属単結晶層（単結晶基板との界面の状
態も良いと推測される）を形成することができる。ま
た、ＩＣＢ法を用いると、格子不整合の比較的大きな
（例えば、約２５％以上）単結晶基板上に金属単結晶層
をエピタキシャル成長することができる。本願発明の実
施形態における金属単結晶層の形成方法に用いられる金
属単結晶層のエピタキシャル成長方法を開示する文献と
して、上記文献を本願明細書に援用する。
いる方法を用いて実施することができる。例えば、クラ
スタイオンビーム（Ionized Cluster Beam:ICB）法やス
パッタ法を用いて、単結晶基板上に金属単結晶層をエピ
タキシャル成長することによって、金属単結晶層を形成
することができる。ＩＣＢ法を用いた金属単結晶層の成
長方法（ＩＣＢ装置及び成長条件）は、例えば、H. Ino
kawa et al. Jpn. J.Appl. Phys. 24, (1985) pp. L173
-L174、I. Yamada et al. J. Appl. Phys. 56(1986) p
p. 2746-2750、山田公著、日本表面科学会編「イオンビ
ームによる薄膜設計」第５．５節、第９０〜９５頁、共
立出版、１９９１等に記載されている。また、スパッタ
法を用いた金属単結晶層の成長方法は、S. Yokoyama et
al. Jpn. J. Appl. Phys. 32(1993)pp. L283- L286に
記載されている。特に、ＩＣＢ法を用いることによっ
て、品質の良い金属単結晶層（単結晶基板との界面の状
態も良いと推測される）を形成することができる。ま
た、ＩＣＢ法を用いると、格子不整合の比較的大きな
（例えば、約２５％以上）単結晶基板上に金属単結晶層
をエピタキシャル成長することができる。本願発明の実
施形態における金属単結晶層の形成方法に用いられる金
属単結晶層のエピタキシャル成長方法を開示する文献と
して、上記文献を本願明細書に援用する。
【００３７】単結晶基板上に金属単結晶層をエピタキシ
ャル成長する方法において、種々の単結晶基板を用いる
ことができる。単結晶基板は、誘電体（絶縁体）であっ
てもよし、導電性を有してもよい（半導体や導電体）。
導電性を有する基板を用いることによって、半導体装置
の構造を簡略化できる利点がある。このことは、半導体
装置の製造方法の実施形態において後に詳述する。
ャル成長する方法において、種々の単結晶基板を用いる
ことができる。単結晶基板は、誘電体（絶縁体）であっ
てもよし、導電性を有してもよい（半導体や導電体）。
導電性を有する基板を用いることによって、半導体装置
の構造を簡略化できる利点がある。このことは、半導体
装置の製造方法の実施形態において後に詳述する。
【００３８】本願発明による窒化物半導体の結晶成長方
法を用いて窒化物半導体装置を製造すると、窒化物半導
体層のクラックの発生や欠陥の密度を低下することがで
きるので、寿命が長く信頼性に優れた窒化物半導体装置
を製造することができる。
法を用いて窒化物半導体装置を製造すると、窒化物半導
体層のクラックの発生や欠陥の密度を低下することがで
きるので、寿命が長く信頼性に優れた窒化物半導体装置
を製造することができる。
【００３９】本発明による実施形態の窒化物半導体の結
晶成長方法を図１〜図６を参照しながら説明する。以下
の図において、基本的な機能が同一の構成要素は、簡単
さのために同一の参照符号で示す。
晶成長方法を図１〜図６を参照しながら説明する。以下
の図において、基本的な機能が同一の構成要素は、簡単
さのために同一の参照符号で示す。
【００４０】図１（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、本発
明による一実施形態の窒化物半導体の結晶成長方法の工
程を説明するための断面図である。
明による一実施形態の窒化物半導体の結晶成長方法の工
程を説明するための断面図である。
【００４１】図１（ａ）に示すように、基板２２上に金
属単結晶層２４を形成する。例えば、基板２２として単
結晶基板を用い、単結晶基板２２上にＩＣＢ法を用いて
金属単結晶層をエピタキシャル成長させる。ＩＣＢ法は
上述の文献に開示されている方法で実施できる。例え
ば、約１×１０-9Ｔｏｒｒ（約１．４×１０-7Ｐａ）以
下の雰囲気中、常温で実施することができる。エピタキ
シャル成長工程の前に、単結晶基板２２の表面を清浄化
する工程を実施してもよい。
属単結晶層２４を形成する。例えば、基板２２として単
結晶基板を用い、単結晶基板２２上にＩＣＢ法を用いて
金属単結晶層をエピタキシャル成長させる。ＩＣＢ法は
上述の文献に開示されている方法で実施できる。例え
ば、約１×１０-9Ｔｏｒｒ（約１．４×１０-7Ｐａ）以
下の雰囲気中、常温で実施することができる。エピタキ
シャル成長工程の前に、単結晶基板２２の表面を清浄化
する工程を実施してもよい。
【００４２】単結晶基板２２としては、サファイア、ス
ピネル、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化クロム、酸
化リチウムニオブ、酸化リチウムタンタルおよび酸化リ
チウムガリウムなどの絶縁体単結晶や、Ｓｉ1-s-tＧｅs
Ｃt（０≦ｓ、ｔ≦１、０≦ｓ＋ｔ≦１）やＡ1-uＢ
u（０＜ｕ＜１、ここでＡはＡｌ、Ｇａ及びＩｎの内の
１つであり、ＢはＡｓ、Ｐ及びＳｂの内の１つである）
で表される半導体単結晶や、ハフニウム等の金属単結晶
を用いることができる。単結晶基板２２上にエピタキシ
ャル成長される金属単結晶層２４は、例えば、Ａｌ
1-x-yＧａxＩｎy（０≦ｘ、ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ＜１）
から形成される。
ピネル、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化クロム、酸
化リチウムニオブ、酸化リチウムタンタルおよび酸化リ
チウムガリウムなどの絶縁体単結晶や、Ｓｉ1-s-tＧｅs
Ｃt（０≦ｓ、ｔ≦１、０≦ｓ＋ｔ≦１）やＡ1-uＢ
u（０＜ｕ＜１、ここでＡはＡｌ、Ｇａ及びＩｎの内の
１つであり、ＢはＡｓ、Ｐ及びＳｂの内の１つである）
で表される半導体単結晶や、ハフニウム等の金属単結晶
を用いることができる。単結晶基板２２上にエピタキシ
ャル成長される金属単結晶層２４は、例えば、Ａｌ
1-x-yＧａxＩｎy（０≦ｘ、ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ＜１）
から形成される。
【００４３】次に、図１（ｂ）に示すように、金属単結
晶層２４を窒化することによって、金属窒化物単結晶層
２５を形成する。窒化工程は、窒素を含む化合物雰囲気
中で、金属単結晶層２４を加熱することによって実施で
きる。窒素を含む化合物として、ヒドラジン（Ｎ2Ｈ4）
またはアンモニア（ＮＨ3）を好適に用いることができ
る。特に、ヒドラジンはアンモニアによりも窒化能力が
高く、窒化時間を短縮または窒化温度を低くすることが
できるので好ましい。
晶層２４を窒化することによって、金属窒化物単結晶層
２５を形成する。窒化工程は、窒素を含む化合物雰囲気
中で、金属単結晶層２４を加熱することによって実施で
きる。窒素を含む化合物として、ヒドラジン（Ｎ2Ｈ4）
またはアンモニア（ＮＨ3）を好適に用いることができ
る。特に、ヒドラジンはアンモニアによりも窒化能力が
高く、窒化時間を短縮または窒化温度を低くすることが
できるので好ましい。
【００４４】窒化温度は適宜必要に応じて設定できる。
但し、窒化温度の上限は、金属単結晶層２４の融点未満
であることが好ましい。融点以上の温度に長時間加熱す
ると金属単結晶層２４が融解し、結晶構造が崩れるの
で、窒化によって形成された金属窒化物層が単結晶とな
らない場合や、多くの転位を含む結晶層となることがあ
る。良質の金属窒化物単結晶層を形成するためには、金
属単結晶層の融点よりも約１００℃以上低い温度以下の
温度で窒化することが好ましい。窒化温度の下限値に特
に制限は無い。金属の窒化反応はアレニウス型の反応な
ので、窒化温度が高いほど短時間に窒化が進む。例え
ば、Ａｌ1-x-yＧａxＩｎy金属単結晶層を窒化する温度
は、ヒドラジンを用いる場合には約２００℃以上が好ま
しく、アンモニアを用いる場合には約４００℃以上が好
ましい。上述の温度条件であれば、それぞれ、数十ｎｍ
の金属単結晶層を数十分で窒化することができる。な
お、金属単結晶層２４を窒化することによって得られる
金属窒化物単結晶層２５は、金属単結晶層２４よりも厚
さが大きいので、図１（ｂ）ではそれを強調して図示し
ている。
但し、窒化温度の上限は、金属単結晶層２４の融点未満
であることが好ましい。融点以上の温度に長時間加熱す
ると金属単結晶層２４が融解し、結晶構造が崩れるの
で、窒化によって形成された金属窒化物層が単結晶とな
らない場合や、多くの転位を含む結晶層となることがあ
る。良質の金属窒化物単結晶層を形成するためには、金
属単結晶層の融点よりも約１００℃以上低い温度以下の
温度で窒化することが好ましい。窒化温度の下限値に特
に制限は無い。金属の窒化反応はアレニウス型の反応な
ので、窒化温度が高いほど短時間に窒化が進む。例え
ば、Ａｌ1-x-yＧａxＩｎy金属単結晶層を窒化する温度
は、ヒドラジンを用いる場合には約２００℃以上が好ま
しく、アンモニアを用いる場合には約４００℃以上が好
ましい。上述の温度条件であれば、それぞれ、数十ｎｍ
の金属単結晶層を数十分で窒化することができる。な
お、金属単結晶層２４を窒化することによって得られる
金属窒化物単結晶層２５は、金属単結晶層２４よりも厚
さが大きいので、図１（ｂ）ではそれを強調して図示し
ている。
【００４５】得られた金属窒化物層２５上に、常法に従
って、窒化物半導体層２６をエピタキシャル成長する。
例えば、窒化物半導体層２６として、Ａｌ1-s-tＧａsＩ
ｎtＮ（０≦ｓ、ｔ≦１、０≦ｓ＋ｔ≦１）で表される
窒化物からなる層をエピタキシャル成長することができ
る。窒化物半導体層２６の組成と金属窒化物層２５の組
成は勿論異なってもよい。金属窒化物単結晶層２５は転
位の少ない単結晶層なので、その上にエピキシャル成長
された窒化物半導体層２６も転位の少ない単結晶層とな
る。また、金属窒化物単結晶層２５およびその上に形成
された窒化物半導体層２６中のクラック発生が抑制され
る。例えば、従来の方法に従って、Ｓｉ単結晶基板にＡ
ｌＮバッファ層を高温（約１０００℃）で堆積し、Ａｌ
Ｎバッファ層上にＧａＮ層をエピタキシャル成長する
と、平均約２０μｍ間隔でクラックが発生するのに対し
て、本願発明の方法に従って、Ｓｉ単結晶基板に形成し
たＡｌ金属単結晶層を窒化することによってＡｌＮ層を
形成し、ＡｌＮ層上にＧａＮ層をエピタキシャル成長す
ると、クラック間の平均距離は約２ｍｍ〜３０ｍｍ程度
となる。本発明の結晶成長方法に従って形成された窒化
物半導体層に発生するクラック間の平均距離は約１０ｍ
ｍ以上であり、歩留まり良く半導体素子を製造すること
ができる。
って、窒化物半導体層２６をエピタキシャル成長する。
例えば、窒化物半導体層２６として、Ａｌ1-s-tＧａsＩ
ｎtＮ（０≦ｓ、ｔ≦１、０≦ｓ＋ｔ≦１）で表される
窒化物からなる層をエピタキシャル成長することができ
る。窒化物半導体層２６の組成と金属窒化物層２５の組
成は勿論異なってもよい。金属窒化物単結晶層２５は転
位の少ない単結晶層なので、その上にエピキシャル成長
された窒化物半導体層２６も転位の少ない単結晶層とな
る。また、金属窒化物単結晶層２５およびその上に形成
された窒化物半導体層２６中のクラック発生が抑制され
る。例えば、従来の方法に従って、Ｓｉ単結晶基板にＡ
ｌＮバッファ層を高温（約１０００℃）で堆積し、Ａｌ
Ｎバッファ層上にＧａＮ層をエピタキシャル成長する
と、平均約２０μｍ間隔でクラックが発生するのに対し
て、本願発明の方法に従って、Ｓｉ単結晶基板に形成し
たＡｌ金属単結晶層を窒化することによってＡｌＮ層を
形成し、ＡｌＮ層上にＧａＮ層をエピタキシャル成長す
ると、クラック間の平均距離は約２ｍｍ〜３０ｍｍ程度
となる。本発明の結晶成長方法に従って形成された窒化
物半導体層に発生するクラック間の平均距離は約１０ｍ
ｍ以上であり、歩留まり良く半導体素子を製造すること
ができる。
【００４６】窒化物半導体の結晶成長方法の他の実施形
態を図２（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に示す。この実施
形態は、図２（ｂ）に示した窒化工程において、金属単
結晶層２４が窒化されるとともに、金属単結晶層２４を
構成する金属原子が基板２２中に拡散し、基板２２の表
面（金属窒化物単結晶層２５との界面）に金属拡散層２
２ａを形成する点において、図１に示した実施形態と異
なる。
態を図２（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に示す。この実施
形態は、図２（ｂ）に示した窒化工程において、金属単
結晶層２４が窒化されるとともに、金属単結晶層２４を
構成する金属原子が基板２２中に拡散し、基板２２の表
面（金属窒化物単結晶層２５との界面）に金属拡散層２
２ａを形成する点において、図１に示した実施形態と異
なる。
【００４７】この金属原子の拡散の起こり易さは、単結
晶基板２２の材料と金属単結晶層２４の材料との組み合
わせに依存する。例えば、単結晶基板２２として、Ｓｉ
単結晶基板やＡ1-uＢu（０＜ｕ＜１、ここでＡはＡｌ、
Ｇａ及びＩｎの内の１つであり、ＢはＡｓ、Ｐ及びＳｂ
の内の１つである）で表される半導体単結晶基板を用
い、金属単結晶層２４として、ＡｌまたはＡｌを含む合
金、更に具体的には、Ａｌ1-x-yＧａxＩｎyで表される
金属単結晶層を用いると、Ａｌ原子が基板２２中に拡散
し金属拡散層２２ａを形成しやすい。例えば、Ａｌを用
いて金属単結晶層２４を形成し、約５５０℃で、約１時
間窒化処理することによって、約１ｎｍの金属拡散層２
２ａが形成される。
晶基板２２の材料と金属単結晶層２４の材料との組み合
わせに依存する。例えば、単結晶基板２２として、Ｓｉ
単結晶基板やＡ1-uＢu（０＜ｕ＜１、ここでＡはＡｌ、
Ｇａ及びＩｎの内の１つであり、ＢはＡｓ、Ｐ及びＳｂ
の内の１つである）で表される半導体単結晶基板を用
い、金属単結晶層２４として、ＡｌまたはＡｌを含む合
金、更に具体的には、Ａｌ1-x-yＧａxＩｎyで表される
金属単結晶層を用いると、Ａｌ原子が基板２２中に拡散
し金属拡散層２２ａを形成しやすい。例えば、Ａｌを用
いて金属単結晶層２４を形成し、約５５０℃で、約１時
間窒化処理することによって、約１ｎｍの金属拡散層２
２ａが形成される。
【００４８】この金属拡散層２２ａは、基板２２と金属
窒化物単結晶層２５との接着性を改善するとともに熱膨
張係数の違いに起因する応力を緩和する働きをすると考
えられる。また、基板２２とその上に形成される積層構
造との間の接触熱抵抗を低減することができる。さら
に、単結晶基板２２および金属窒化物単結晶層２５が導
電性を有する場合、金属拡散層２２ａによってこれらの
間にオーミックコンタクトを形成することができる。
窒化物単結晶層２５との接着性を改善するとともに熱膨
張係数の違いに起因する応力を緩和する働きをすると考
えられる。また、基板２２とその上に形成される積層構
造との間の接触熱抵抗を低減することができる。さら
に、単結晶基板２２および金属窒化物単結晶層２５が導
電性を有する場合、金属拡散層２２ａによってこれらの
間にオーミックコンタクトを形成することができる。
【００４９】窒化物半導体の結晶成長方法の他の実施形
態を図３（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に示す。この実施
形態は、図３（ｂ）に示した窒化工程において、金属単
結晶層２４の一部だけが窒化され金属窒化物単結晶層２
５が形成されている点において、図１に示した実施形態
と異なる。金属単結晶層２４の内の窒化される厚さは、
例えば、窒化時間を調整することによって制御できる。
態を図３（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に示す。この実施
形態は、図３（ｂ）に示した窒化工程において、金属単
結晶層２４の一部だけが窒化され金属窒化物単結晶層２
５が形成されている点において、図１に示した実施形態
と異なる。金属単結晶層２４の内の窒化される厚さは、
例えば、窒化時間を調整することによって制御できる。
【００５０】金属単結晶層２４を完全に窒化せずに、単
結晶基板２２と金属窒化物単結晶層２５との間に金属単
結晶２４を有することによって、単結晶基板２２とその
上に形成される積層構造体との間の接触熱抵抗を低減す
ることができる。また、単結晶基板２２と金属窒化物単
結晶層２５との間に発生する応力を金属単結晶層２４で
緩和することができる。これは、一般に金属の弾性率は
金属窒化物の弾性率よりも低いからと考えられる。
結晶基板２２と金属窒化物単結晶層２５との間に金属単
結晶２４を有することによって、単結晶基板２２とその
上に形成される積層構造体との間の接触熱抵抗を低減す
ることができる。また、単結晶基板２２と金属窒化物単
結晶層２５との間に発生する応力を金属単結晶層２４で
緩和することができる。これは、一般に金属の弾性率は
金属窒化物の弾性率よりも低いからと考えられる。
【００５１】窒化物半導体の結晶成長方法の他の実施形
態を図４（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に示す。この実施
形態は、図４（ｂ）に示した窒化工程において、金属単
結晶層２４の一部が窒化されて金属窒化物単結晶層２５
が形成されるとともに、金属単結晶層２４を構成する金
属原子が基板２２中に拡散し、基板２２の表面（金属単
結晶層２４との界面）に金属拡散層２２ａを形成する点
において、図１に示した実施形態と異なる。図２に示し
た実施形態について説明したように、金属拡散層２２ａ
の形成のされ易さは、単結晶基板２２の材料と金属単結
晶層２４の材料との組み合わせに依存する。先に説明し
た材料の組み合わせを用いて、且つ金属単結晶層２４の
内の窒化される厚さを制御することによって、図４
（ｂ）に示した構造を得ることができる。窒化される厚
さの制御は、図３に示した実施形態について説明したよ
うに、例えば、窒化時間を調整することによって行うこ
とができる。
態を図４（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に示す。この実施
形態は、図４（ｂ）に示した窒化工程において、金属単
結晶層２４の一部が窒化されて金属窒化物単結晶層２５
が形成されるとともに、金属単結晶層２４を構成する金
属原子が基板２２中に拡散し、基板２２の表面（金属単
結晶層２４との界面）に金属拡散層２２ａを形成する点
において、図１に示した実施形態と異なる。図２に示し
た実施形態について説明したように、金属拡散層２２ａ
の形成のされ易さは、単結晶基板２２の材料と金属単結
晶層２４の材料との組み合わせに依存する。先に説明し
た材料の組み合わせを用いて、且つ金属単結晶層２４の
内の窒化される厚さを制御することによって、図４
（ｂ）に示した構造を得ることができる。窒化される厚
さの制御は、図３に示した実施形態について説明したよ
うに、例えば、窒化時間を調整することによって行うこ
とができる。
【００５２】さらに、窒化物半導体の結晶成長方法の他
の実施形態を図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）
に示す。この実施形態は、図５（ａ）に示したように、
基板２２上に窒化される金属単結晶層２４を形成する前
に、別の金属単結晶層２３を形成する工程を更に含んで
いる点において、先の実施形態と異なる。
の実施形態を図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）
に示す。この実施形態は、図５（ａ）に示したように、
基板２２上に窒化される金属単結晶層２４を形成する前
に、別の金属単結晶層２３を形成する工程を更に含んで
いる点において、先の実施形態と異なる。
【００５３】金属単結晶層２３は、先の実施形態におけ
る金属単結晶層２４と同様に公知の方法で形成される。
例えば、基板２２として単結晶基板２２を用意し、その
上に金属単結晶層２３を例えばＩＣＢ法を用いてエピタ
キシャル成長させる。金属単結晶層２３を形成する金属
材料としては、ＡｕまたはＡｕを含む合金（例えばＡｕ
とＧｅとの合金）を用いることが好ましい。更なる金属
単結晶層２３を形成することによって、単結晶基板２２
とその上に形成される積層構造との間の接触熱抵抗を低
減することができる。
る金属単結晶層２４と同様に公知の方法で形成される。
例えば、基板２２として単結晶基板２２を用意し、その
上に金属単結晶層２３を例えばＩＣＢ法を用いてエピタ
キシャル成長させる。金属単結晶層２３を形成する金属
材料としては、ＡｕまたはＡｕを含む合金（例えばＡｕ
とＧｅとの合金）を用いることが好ましい。更なる金属
単結晶層２３を形成することによって、単結晶基板２２
とその上に形成される積層構造との間の接触熱抵抗を低
減することができる。
【００５４】また、金属単結晶層２３をＡｕまたはＡｕ
を含む合金で形成する場合に、単結晶基板２２としてＳ
ｉ1-s-tＧｅsＣt（０≦ｓ、ｔ≦１、０≦ｓ＋ｔ≦１）
やＡ1 -uＢu（０＜ｕ＜１、ここでＡはＡｌ、Ｇａ及びＩ
ｎの内の１つであり、ＢはＡｓ、Ｐ及びＳｂの内の１つ
である）で表される半導体単結晶基板を用いると、金属
単結晶層２４を窒化する工程において、金属単結晶層２
３を構成する原子が単結晶基板２２中に拡散し、金属拡
散層を形成するので、単結晶基板２２とその上に形成さ
れる半導体積層構造との間の接触熱抵抗とともに接触電
気抵抗を低減できる。金属単結晶層２３を構成する一部
の原子を拡散させても良いし、図６（ａ）〜図６（ｄ）
に示すように、金属単結晶層２４を窒化して金属窒化物
単結晶層２５を形成する工程において、金属単結晶層２
３を構成する全ての原子を単結晶基板２２中に拡散させ
ることによって金属拡散層２２ａを形成してもよい。こ
の方法を用いると、金属単結晶層２３は消失する（図６
（ｃ））。金属単結晶層２３を拡散によって消失させる
ためには、金属単結晶層２３の厚さを約３ｎｍ以下とす
ることが好ましい。また、金属単結晶層２４の窒化工程
の温度および時間を、金属単結晶層２３の拡散の程度を
考慮して設定すればよい。例えば、金属単結晶層２４の
窒化反応が終了した後も、金属単結晶層２３の拡散を進
行させるために加熱し続けても良い。
を含む合金で形成する場合に、単結晶基板２２としてＳ
ｉ1-s-tＧｅsＣt（０≦ｓ、ｔ≦１、０≦ｓ＋ｔ≦１）
やＡ1 -uＢu（０＜ｕ＜１、ここでＡはＡｌ、Ｇａ及びＩ
ｎの内の１つであり、ＢはＡｓ、Ｐ及びＳｂの内の１つ
である）で表される半導体単結晶基板を用いると、金属
単結晶層２４を窒化する工程において、金属単結晶層２
３を構成する原子が単結晶基板２２中に拡散し、金属拡
散層を形成するので、単結晶基板２２とその上に形成さ
れる半導体積層構造との間の接触熱抵抗とともに接触電
気抵抗を低減できる。金属単結晶層２３を構成する一部
の原子を拡散させても良いし、図６（ａ）〜図６（ｄ）
に示すように、金属単結晶層２４を窒化して金属窒化物
単結晶層２５を形成する工程において、金属単結晶層２
３を構成する全ての原子を単結晶基板２２中に拡散させ
ることによって金属拡散層２２ａを形成してもよい。こ
の方法を用いると、金属単結晶層２３は消失する（図６
（ｃ））。金属単結晶層２３を拡散によって消失させる
ためには、金属単結晶層２３の厚さを約３ｎｍ以下とす
ることが好ましい。また、金属単結晶層２４の窒化工程
の温度および時間を、金属単結晶層２３の拡散の程度を
考慮して設定すればよい。例えば、金属単結晶層２４の
窒化反応が終了した後も、金属単結晶層２３の拡散を進
行させるために加熱し続けても良い。
【００５５】この実施形態は、先の実施形態と組み合わ
せても良い。例えば、金属単結晶層２３をＡｕまたＡｕ
を含む合金を用いて形成し、単結晶基板として上記のＳ
ｉ1- s-tＧｅsＣtやＡ1-uＢuで表される半導体単結晶基
板２２を用いると、単結晶金属層２３を構成する金属原
子が半導体単結晶基板２２中に拡散し、図２（ｂ）と同
様に、金属拡散層２２ａが形成される。このとき、単結
晶金属層２３の厚さを十分に薄くしておくと（例えば、
約３ｎｍ以下）、単結晶金属層２３を構成する全ての金
属原子が単結晶基板２２中に拡散し、単結晶金属層２３
が実質的に残らない構造を形成することができる。この
構造においては、半導体／金属界面が存在しないので、
半導体／金属界面に形成されるショットキーバリア等に
よる抵抗をなくすことができる。
せても良い。例えば、金属単結晶層２３をＡｕまたＡｕ
を含む合金を用いて形成し、単結晶基板として上記のＳ
ｉ1- s-tＧｅsＣtやＡ1-uＢuで表される半導体単結晶基
板２２を用いると、単結晶金属層２３を構成する金属原
子が半導体単結晶基板２２中に拡散し、図２（ｂ）と同
様に、金属拡散層２２ａが形成される。このとき、単結
晶金属層２３の厚さを十分に薄くしておくと（例えば、
約３ｎｍ以下）、単結晶金属層２３を構成する全ての金
属原子が単結晶基板２２中に拡散し、単結晶金属層２３
が実質的に残らない構造を形成することができる。この
構造においては、半導体／金属界面が存在しないので、
半導体／金属界面に形成されるショットキーバリア等に
よる抵抗をなくすことができる。
【００５６】また、図３の実施形態について説明したよ
うに、金属単結晶層２４の一部だけを窒化しても良い
し、図４の実施形態について説明したように、金属拡散
層２２ａを形成するとともに、金属単結晶層２４の一部
だけを窒化し金属窒化物単結晶層２５と金属単結晶層２
３との間に金属単結晶層２４を残しても良い。いずれも
先の実施形態について得られる効果を合わせて得ること
ができる。
うに、金属単結晶層２４の一部だけを窒化しても良い
し、図４の実施形態について説明したように、金属拡散
層２２ａを形成するとともに、金属単結晶層２４の一部
だけを窒化し金属窒化物単結晶層２５と金属単結晶層２
３との間に金属単結晶層２４を残しても良い。いずれも
先の実施形態について得られる効果を合わせて得ること
ができる。
【００５７】なお、半導体装置に用いられる窒化物半導
体層は一般に（０００１）面を主面とするので、（００
０１）面を主面とする窒化物半導体層がエピタキシャル
成長されるように、金属窒化物単結晶層は主面が（００
０１）面となるように形成することが好ましい。具体的
には、Ｓｉ1-s-tＧｅsＣt（０≦ｓ、ｔ≦１、０≦ｓ＋
ｔ≦１）やＡ1-uＢu（０＜ｕ＜１；ＡはＡｌ、Ｇａ及び
Ｉｎの内の１つであり、ＢはＡｓ、Ｐ及びＳｂの内の１
つ）から形成されている単結晶基板を用いる場合には、
（１１１）面を主面とする単結晶基板を用い、その上
に、（１１１）面を主面とするＡｌ1-s-tＧａsＩｎ
t（０≦ｓ、ｔ≦１、０≦ｓ＋ｔ≦１）からなる金属単
結晶を形成し、得られた金属単結晶層を窒化することに
よって、（０００１）面を主面とするＡｌ1-s-tＧａsＩ
ｎtＮからなる金属窒化物単結晶層を形成することがで
きる。
体層は一般に（０００１）面を主面とするので、（００
０１）面を主面とする窒化物半導体層がエピタキシャル
成長されるように、金属窒化物単結晶層は主面が（００
０１）面となるように形成することが好ましい。具体的
には、Ｓｉ1-s-tＧｅsＣt（０≦ｓ、ｔ≦１、０≦ｓ＋
ｔ≦１）やＡ1-uＢu（０＜ｕ＜１；ＡはＡｌ、Ｇａ及び
Ｉｎの内の１つであり、ＢはＡｓ、Ｐ及びＳｂの内の１
つ）から形成されている単結晶基板を用いる場合には、
（１１１）面を主面とする単結晶基板を用い、その上
に、（１１１）面を主面とするＡｌ1-s-tＧａsＩｎ
t（０≦ｓ、ｔ≦１、０≦ｓ＋ｔ≦１）からなる金属単
結晶を形成し、得られた金属単結晶層を窒化することに
よって、（０００１）面を主面とするＡｌ1-s-tＧａsＩ
ｎtＮからなる金属窒化物単結晶層を形成することがで
きる。
【００５８】以下、上述した窒化物半導体の結晶成長方
法を用いて半導体装置を製造する実施例を説明する。以
下の実施例は、半導体装置として発光素子（半導体レー
ザ）を例示するが、本願発明は以下の例に限られず、例
えば、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）等の半導体装
置に適用できる。
法を用いて半導体装置を製造する実施例を説明する。以
下の実施例は、半導体装置として発光素子（半導体レー
ザ）を例示するが、本願発明は以下の例に限られず、例
えば、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）等の半導体装
置に適用できる。
【００５９】（実施例１）本発明の第１の実施例におけ
る発光素子１００は、導電性を有さない基板を用いて形
成される。
る発光素子１００は、導電性を有さない基板を用いて形
成される。
【００６０】（実施例１−１）図７に示すようにサファ
イア基板２２の上に、層厚が１０ｎｍの単結晶ＡｌＮ層
２５、層厚が１μｍのｎ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層
２６、多重量子井戸（以下ＭＱＷという）活性層２７、
層厚が０．５μｍのｐ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２
８、層厚が０．１μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層２９を
順次積層して構成されたものである。ＭＱＷ活性層２７
は、層厚５ｎｍのアンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層と層厚
５ｎｍのアンドープＧａＮ層とが交互になるように、互
いに１０層ずつ積層されて構成されており、ｎ型Ｇａ
0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２６に接する側にはアンドープ
ＧａＮ層が接している。
イア基板２２の上に、層厚が１０ｎｍの単結晶ＡｌＮ層
２５、層厚が１μｍのｎ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層
２６、多重量子井戸（以下ＭＱＷという）活性層２７、
層厚が０．５μｍのｐ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２
８、層厚が０．１μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層２９を
順次積層して構成されたものである。ＭＱＷ活性層２７
は、層厚５ｎｍのアンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層と層厚
５ｎｍのアンドープＧａＮ層とが交互になるように、互
いに１０層ずつ積層されて構成されており、ｎ型Ｇａ
0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２６に接する側にはアンドープ
ＧａＮ層が接している。
【００６１】単結晶ＡｌＮ層２５上に形成されている半
導体積層構造（クラッド層２６、活性層２７、クラッド
層２８及びコンタクト層２９を含む）は、メサエッチン
グされており、半導体積層構造に電圧を印加するための
電極３２ａおよび３２ｂが、コンタクト層２９およびク
ラッド層２６上にそれぞれ形成されている。
導体積層構造（クラッド層２６、活性層２７、クラッド
層２８及びコンタクト層２９を含む）は、メサエッチン
グされており、半導体積層構造に電圧を印加するための
電極３２ａおよび３２ｂが、コンタクト層２９およびク
ラッド層２６上にそれぞれ形成されている。
【００６２】この構成によれば、サファイア基板２２の
直上に結晶の配向性がよい単結晶ＡｌＮ層２５を形成し
ているので、サファイア基板２２と単結晶ＡｌＮ層２５
との界面において発生する欠陥や転位の密度を減少させ
ることができ、その上に積層されるｎ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1
Ｎクラッド層２６、ＭＱＷ活性層２７、ｐ型Ｇａ0.9Ａ
ｌ0.1Ｎクラッド層２８およびＧａＮコンタクト層２９
の欠陥や転位の密度を従来よりも低減させることができ
る。
直上に結晶の配向性がよい単結晶ＡｌＮ層２５を形成し
ているので、サファイア基板２２と単結晶ＡｌＮ層２５
との界面において発生する欠陥や転位の密度を減少させ
ることができ、その上に積層されるｎ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1
Ｎクラッド層２６、ＭＱＷ活性層２７、ｐ型Ｇａ0.9Ａ
ｌ0.1Ｎクラッド層２８およびＧａＮコンタクト層２９
の欠陥や転位の密度を従来よりも低減させることができ
る。
【００６３】発光素子１００は、図１に示した結晶成長
方法を用いて製造される。この発光素子１００の製造方
法を、図８を用いて説明する。
方法を用いて製造される。この発光素子１００の製造方
法を、図８を用いて説明する。
【００６４】まずサファイア基板２２上にＡｌ単結晶層
２４を、ＩＣＢ法を用いて積層する（図８（ａ））。次
にＡｌ単結晶層２４を窒化し、単結晶ＡｌＮ層２５に変
化させる（図８（ｂ））。窒化の方法として、サファイ
ア基板２２の温度をＡｌ単結晶の融点である６６０℃よ
り約１００℃低い５５０℃に保ち、ヒドラジンまたはア
ンモニア等の窒素化合物を含む、適当なガス（Ｈ2キャ
リアガス）を流し、窒素化合物中の窒素成分とＡｌ単結
晶層２４とを反応させる。
２４を、ＩＣＢ法を用いて積層する（図８（ａ））。次
にＡｌ単結晶層２４を窒化し、単結晶ＡｌＮ層２５に変
化させる（図８（ｂ））。窒化の方法として、サファイ
ア基板２２の温度をＡｌ単結晶の融点である６６０℃よ
り約１００℃低い５５０℃に保ち、ヒドラジンまたはア
ンモニア等の窒素化合物を含む、適当なガス（Ｈ2キャ
リアガス）を流し、窒素化合物中の窒素成分とＡｌ単結
晶層２４とを反応させる。
【００６５】その後、ＭＯＶＰＥ法を用い、Ｓｉ添加の
ｎ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２６、ＭＱＷ活性層２
７、Ｍｇ添加のｐ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２８、
Ｍｇ添加のｐ型ＧａＮコンタクト層２９を順次積層する
（図８（ｃ））。ｎ型Ｇａ0. 9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２
６、ｐ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２８およびｐ型Ｇ
ａＮコンタクト層２９の結晶成長温度は１０００℃であ
り、ＭＱＷ活性層２７の結晶成長温度は８００℃であ
る。
ｎ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２６、ＭＱＷ活性層２
７、Ｍｇ添加のｐ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２８、
Ｍｇ添加のｐ型ＧａＮコンタクト層２９を順次積層する
（図８（ｃ））。ｎ型Ｇａ0. 9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２
６、ｐ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２８およびｐ型Ｇ
ａＮコンタクト層２９の結晶成長温度は１０００℃であ
り、ＭＱＷ活性層２７の結晶成長温度は８００℃であ
る。
【００６６】得られた半導体積層構造（層２６、２７、
２８および２９を含む）の一部をエッチングで除去し、
ｎ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２６を露出させる。そ
の後、ｐ型ＧａＮコンタクト層２９およびｎ型Ｇａ0.9
Ａｌ0.1Ｎクラッド層２６上にそれぞれオーミック電極
３２ａおよび３２ｂをそれぞれ形成することによって、
発光素子１００が得られる。電極３２ａは例えばＮｉ／
Ａｕ、電極３２ｂは例えばＴｉ／Ａｕを用いて電子ビー
ム蒸着法で形成することができる。
２８および２９を含む）の一部をエッチングで除去し、
ｎ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２６を露出させる。そ
の後、ｐ型ＧａＮコンタクト層２９およびｎ型Ｇａ0.9
Ａｌ0.1Ｎクラッド層２６上にそれぞれオーミック電極
３２ａおよび３２ｂをそれぞれ形成することによって、
発光素子１００が得られる。電極３２ａは例えばＮｉ／
Ａｕ、電極３２ｂは例えばＴｉ／Ａｕを用いて電子ビー
ム蒸着法で形成することができる。
【００６７】この構成によれば、Ａｌ単結晶層２４を窒
化させて単結晶ＡｌＮ層２５とするために、単結晶Ａｌ
Ｎ層２５をサファイア基板２２全面に形成させることが
でき、単結晶ＡｌＮ層２５の上に積層されるｎ型Ｇａ
0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２６、ＭＱＷ活性層２７、ｐ型
Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２８およびＧａＮコンタク
ト層２９の結晶性を向上させることができる。
化させて単結晶ＡｌＮ層２５とするために、単結晶Ａｌ
Ｎ層２５をサファイア基板２２全面に形成させることが
でき、単結晶ＡｌＮ層２５の上に積層されるｎ型Ｇａ
0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２６、ＭＱＷ活性層２７、ｐ型
Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２８およびＧａＮコンタク
ト層２９の結晶性を向上させることができる。
【００６８】本発明の実施例１−１における発光素子１
００について、その断面を透過型電子顕微鏡（以下ＴＥ
Ｍという）により観察したところ、ｎ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1
Ｎクラッド層２６、ＭＱＷ活性層２７、ｐ型Ｇａ0.9Ａ
ｌ0.1Ｎクラッド層２８およびＧａＮコンタクト層２９
の欠陥や転位の密度は、１×１０5／ｃｍ2であり、従来
の発光素子に比して１／１００００であることが認めら
れた。
００について、その断面を透過型電子顕微鏡（以下ＴＥ
Ｍという）により観察したところ、ｎ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1
Ｎクラッド層２６、ＭＱＷ活性層２７、ｐ型Ｇａ0.9Ａ
ｌ0.1Ｎクラッド層２８およびＧａＮコンタクト層２９
の欠陥や転位の密度は、１×１０5／ｃｍ2であり、従来
の発光素子に比して１／１００００であることが認めら
れた。
【００６９】（実施例１−２）本発明の実施例１−２に
おける発光素子は、図７に示したように、ＭｇＡｌ2Ｏ4
（以下スピネルという）基板２２上に層厚が５ｎｍの単
結晶Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ｎ層２５、ｎ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎク
ラッド層２６、ＭＱＷ活性層２７、ｐ型Ｇａ 0.9Ａｌ0.1
Ｎクラッド層２８、ｐ型ＧａＮコンタクト層２９を順次
積層して構成されたものである。
おける発光素子は、図７に示したように、ＭｇＡｌ2Ｏ4
（以下スピネルという）基板２２上に層厚が５ｎｍの単
結晶Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ｎ層２５、ｎ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎク
ラッド層２６、ＭＱＷ活性層２７、ｐ型Ｇａ 0.9Ａｌ0.1
Ｎクラッド層２８、ｐ型ＧａＮコンタクト層２９を順次
積層して構成されたものである。
【００７０】この構成によれば、スピネル基板２２の直
上に結晶の配向性がよい単結晶Ａｌ 0.9Ｇａ0.1Ｎ層２５
を形成しているので、スピネル基板２２と単結晶Ａｌ
0.9Ｇａ0.1Ｎ層２５との界面において発生する欠陥や転
位の密度を減少させることができ、その上に積層される
ｎ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２６、ＭＱＷ活性層２
７、ｐ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２８およびＧａＮ
コンタクト層２９の欠陥や転位の密度を従来よりも低減
させることができる。
上に結晶の配向性がよい単結晶Ａｌ 0.9Ｇａ0.1Ｎ層２５
を形成しているので、スピネル基板２２と単結晶Ａｌ
0.9Ｇａ0.1Ｎ層２５との界面において発生する欠陥や転
位の密度を減少させることができ、その上に積層される
ｎ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２６、ＭＱＷ活性層２
７、ｐ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２８およびＧａＮ
コンタクト層２９の欠陥や転位の密度を従来よりも低減
させることができる。
【００７１】この発光素子１００の製造方法を、再び図
８を用いて説明する。
８を用いて説明する。
【００７２】まずスピネル基板２２上に層厚が５ｎｍの
Ａｌ0.9Ｇａ0.1合金単結晶層２４を、ＩＣＢ法を用いて
積層する（図８（ａ））。次にＡｌ0.9Ｇａ0.1合金単結
晶層２４を窒化し、単結晶Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ｎ層２５に変
化させる（図８（ｂ））。窒化の方法として、スピネル
基板２２の温度を５００℃に保ち、ヒドラジンまたはア
ンモニア等の窒素化合物を含むガスを流し、窒素化合物
中の窒素成分とＡｌ0. 9Ｇａ0.1合金単結晶層２４とを反
応させる。
Ａｌ0.9Ｇａ0.1合金単結晶層２４を、ＩＣＢ法を用いて
積層する（図８（ａ））。次にＡｌ0.9Ｇａ0.1合金単結
晶層２４を窒化し、単結晶Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ｎ層２５に変
化させる（図８（ｂ））。窒化の方法として、スピネル
基板２２の温度を５００℃に保ち、ヒドラジンまたはア
ンモニア等の窒素化合物を含むガスを流し、窒素化合物
中の窒素成分とＡｌ0. 9Ｇａ0.1合金単結晶層２４とを反
応させる。
【００７３】その後、実施例１−１と同様に、Ｓｉ添加
のｎ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２６、ＭＱＷ活性層
２７、Ｍｇ添加のｐ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２
８、Ｍｇ添加のｐ型ＧａＮコンタクト層２９を順次積層
する（図８（ｃ））。得られた半導体積層構造（層２
６、２７、２８および２９を含む）の一部をエッチング
で除去し、ｎ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２６を露出
させる。その後、ｐ型ＧａＮコンタクト層２９およびｎ
型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２６上にそれぞれオーミ
ック電極３２ａおよび３２ｂをそれぞれ形成する。
のｎ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２６、ＭＱＷ活性層
２７、Ｍｇ添加のｐ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２
８、Ｍｇ添加のｐ型ＧａＮコンタクト層２９を順次積層
する（図８（ｃ））。得られた半導体積層構造（層２
６、２７、２８および２９を含む）の一部をエッチング
で除去し、ｎ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２６を露出
させる。その後、ｐ型ＧａＮコンタクト層２９およびｎ
型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２６上にそれぞれオーミ
ック電極３２ａおよび３２ｂをそれぞれ形成する。
【００７４】この構成によれば、Ａｌ0.9Ｇａ0.1合金単
結晶層２４を窒化させて単結晶Ａｌ 0.9Ｇａ0.1Ｎ層２５
とするために、単結晶Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ｎ層２５をスピネ
ル基板２２全面に形成させることができ、単結晶Ａｌ
0.9Ｇａ0.1Ｎ層２５の上に積層されるｎ型Ｇａ0.9Ａｌ
0.1Ｎクラッド層２６、ＭＱＷ活性層２７、ｐ型Ｇａ0.9
Ａｌ0.1Ｎクラッド層２８およびＧａＮコンタクト層２
９の結晶性を向上させることができる。
結晶層２４を窒化させて単結晶Ａｌ 0.9Ｇａ0.1Ｎ層２５
とするために、単結晶Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ｎ層２５をスピネ
ル基板２２全面に形成させることができ、単結晶Ａｌ
0.9Ｇａ0.1Ｎ層２５の上に積層されるｎ型Ｇａ0.9Ａｌ
0.1Ｎクラッド層２６、ＭＱＷ活性層２７、ｐ型Ｇａ0.9
Ａｌ0.1Ｎクラッド層２８およびＧａＮコンタクト層２
９の結晶性を向上させることができる。
【００７５】本発明の実施例１−２における発光素子１
００について、断面をＴＥＭにより観察したところ、ｎ
型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２６、ＭＱＷ活性層２
７、ｐ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２８およびＧａＮ
コンタクト層２９の欠陥や転位の密度は１×１０5／ｃ
ｍ2であり、従来の発光素子に比して１／１００００で
あることが認められた。
００について、断面をＴＥＭにより観察したところ、ｎ
型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２６、ＭＱＷ活性層２
７、ｐ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２８およびＧａＮ
コンタクト層２９の欠陥や転位の密度は１×１０5／ｃ
ｍ2であり、従来の発光素子に比して１／１００００で
あることが認められた。
【００７６】本発明の実施例１−１の発光素子１００
（以下、発光素子Ｅ１という。）、実施例１−２の発光
素子１００（以下、発光素子Ｅ２という。）および従来
の発光素子（以下、発光素子Ｃという。）の、７０℃の
温度環境の下でかつ５ｍＷの光出力でレーザ動作させた
ときの寿命測定の結果を図９に示す。図９において、曲
線Ｅ１、Ｅ２およびＣはそれぞれ実施例１の発光素子Ｅ
１、Ｅ２、および従来の発光素子Ｃの動作時間と動作電
流の変化率との関係を表す。この図において、動作電流
の、動作時間に対する変化率ΔＩ／Δｔが１に近いほ
ど、発光素子の劣化の度合いが小さく、長寿命であるこ
とが知られている。図９より、本発明の発光素子Ｅ１お
よび本発明の発光素子Ｅ２は、動作時間が１００００時
間経過してもΔＩ／Δｔは１に近いが、従来の発光素子
Ｃに関しては動作時間が約５０００時間経過するとΔＩ
／Δｔの値が１より大きくずれてくることがわかった。
このことから、本発明の発光素子Ｅ１および本発明の発
光素子Ｅ２は従来の発光素子Ｃに比べて寿命が長く信頼
性が高いことがわかった。なお、これらの発光素子の発
振波長はいずれも４２０ｎｍであった。
（以下、発光素子Ｅ１という。）、実施例１−２の発光
素子１００（以下、発光素子Ｅ２という。）および従来
の発光素子（以下、発光素子Ｃという。）の、７０℃の
温度環境の下でかつ５ｍＷの光出力でレーザ動作させた
ときの寿命測定の結果を図９に示す。図９において、曲
線Ｅ１、Ｅ２およびＣはそれぞれ実施例１の発光素子Ｅ
１、Ｅ２、および従来の発光素子Ｃの動作時間と動作電
流の変化率との関係を表す。この図において、動作電流
の、動作時間に対する変化率ΔＩ／Δｔが１に近いほ
ど、発光素子の劣化の度合いが小さく、長寿命であるこ
とが知られている。図９より、本発明の発光素子Ｅ１お
よび本発明の発光素子Ｅ２は、動作時間が１００００時
間経過してもΔＩ／Δｔは１に近いが、従来の発光素子
Ｃに関しては動作時間が約５０００時間経過するとΔＩ
／Δｔの値が１より大きくずれてくることがわかった。
このことから、本発明の発光素子Ｅ１および本発明の発
光素子Ｅ２は従来の発光素子Ｃに比べて寿命が長く信頼
性が高いことがわかった。なお、これらの発光素子の発
振波長はいずれも４２０ｎｍであった。
【００７７】なお、上記実施例においてサファイア基板
２２またはスピネル基板２２の代わりに、ＭｇＯ、Ｚｎ
Ｏ、Ｃｒ2Ｏ3、ＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3、ＬｉＧａＯ
2等からなる単結晶基板を用いても同様の効果が得られ
る。
２２またはスピネル基板２２の代わりに、ＭｇＯ、Ｚｎ
Ｏ、Ｃｒ2Ｏ3、ＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3、ＬｉＧａＯ
2等からなる単結晶基板を用いても同様の効果が得られ
る。
【００７８】以上説明したように、本発明の実施例１に
よれば、絶縁物単結晶基板と窒化物半導体結晶層との界
面において発生する欠陥や転位が従来よりも少なく、従
来よりも寿命が長く信頼性の高い半導体装置およびその
製造方法を得ることができる。
よれば、絶縁物単結晶基板と窒化物半導体結晶層との界
面において発生する欠陥や転位が従来よりも少なく、従
来よりも寿命が長く信頼性の高い半導体装置およびその
製造方法を得ることができる。
【００７９】なお、本実施例では、図１に示した窒化物
半導体の結晶成長方法を用いて発光素子を製造した例を
示したが、図２から図６を参照しながら説明した種々の
結晶成長方法を適用できる。上述したいずれの結晶成長
方法を用いても、本実施例と同様の効果を得ることがで
きる。
半導体の結晶成長方法を用いて発光素子を製造した例を
示したが、図２から図６を参照しながら説明した種々の
結晶成長方法を適用できる。上述したいずれの結晶成長
方法を用いても、本実施例と同様の効果を得ることがで
きる。
【００８０】（実施例２）本発明の第２の実施例におけ
る発光素子は、導電性を有する基板を用いて形成され
る。導電性を有する基板は、半導体基板や金属等からな
る導体基板を含む。
る発光素子は、導電性を有する基板を用いて形成され
る。導電性を有する基板は、半導体基板や金属等からな
る導体基板を含む。
【００８１】（実施例２−１）実施例２−１における発
光素子２００は、図１０に示すように、ｎ型Ｓｉ単結晶
基板２２の上に、層厚が８ｎｍのＡｌ単結晶層２４、層
厚が２ｎｍの単結晶ＡｌＮ層２５、層厚が１μｍのｎ型
Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２６、ＭＱＷ活性層２７、
層厚が０．５μｍのｐ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２
８、層厚が０．１μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層２９を
順次積層して構成されたものである。ＭＱＷ活性層２７
は、層厚５ｎｍのアンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層と層厚
５ｎｍのアンドープＧａＮ層とが交互になるように、２
０層構造にて構成されており、ｎ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎク
ラッド層２６に接する側にはアンドープＧａＮ層が接し
ている。
光素子２００は、図１０に示すように、ｎ型Ｓｉ単結晶
基板２２の上に、層厚が８ｎｍのＡｌ単結晶層２４、層
厚が２ｎｍの単結晶ＡｌＮ層２５、層厚が１μｍのｎ型
Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２６、ＭＱＷ活性層２７、
層厚が０．５μｍのｐ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２
８、層厚が０．１μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層２９を
順次積層して構成されたものである。ＭＱＷ活性層２７
は、層厚５ｎｍのアンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層と層厚
５ｎｍのアンドープＧａＮ層とが交互になるように、２
０層構造にて構成されており、ｎ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎク
ラッド層２６に接する側にはアンドープＧａＮ層が接し
ている。
【００８２】単結晶ＡｌＮ層２５上に形成されている半
導体積層構造（ｎ型クラッド層２６、活性層２７、ｐ型
クラッド層２８及びコンタクト層２９を含む）に電圧を
印加するための電極３２ａおよび３２ｂが、コンタクト
層２９およびＳｉ単結晶基板２２上に互いに対向するよ
うに、それぞれ形成されている。
導体積層構造（ｎ型クラッド層２６、活性層２７、ｐ型
クラッド層２８及びコンタクト層２９を含む）に電圧を
印加するための電極３２ａおよび３２ｂが、コンタクト
層２９およびＳｉ単結晶基板２２上に互いに対向するよ
うに、それぞれ形成されている。
【００８３】この構成によれば、ｎ型Ｓｉ単結晶基板２
２の直上に結晶の配向性がよいＡｌ単結晶層２４を形成
し、さらにその上に単結晶ＡｌＮ層２５を形成している
ので、ｎ型Ｓｉ単結晶基板２２とＡｌ単結晶層２４との
界面において発生する欠陥や転位の密度を減少させるこ
とができ、その上に積層されるｎ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎク
ラッド層２６、ＭＱＷ活性層２７、ｐ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1
Ｎクラッド層２８およびｐ型ＧａＮコンタクト層２９の
欠陥や転位の密度を従来よりも低減させることができ
る。また、ＭＱＷ活性層２７において発生する熱を直接
ｎ型Ｓｉ単結晶基板２２を通して逃すことができる。さ
らにｎ型Ｓｉ単結晶基板２２裏面に電極を設けることが
できるので、基板１枚当たり得られる発光素子の数が従
来よりも増加し、従来よりも安価な発光素子を得ること
ができる。
２の直上に結晶の配向性がよいＡｌ単結晶層２４を形成
し、さらにその上に単結晶ＡｌＮ層２５を形成している
ので、ｎ型Ｓｉ単結晶基板２２とＡｌ単結晶層２４との
界面において発生する欠陥や転位の密度を減少させるこ
とができ、その上に積層されるｎ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎク
ラッド層２６、ＭＱＷ活性層２７、ｐ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1
Ｎクラッド層２８およびｐ型ＧａＮコンタクト層２９の
欠陥や転位の密度を従来よりも低減させることができ
る。また、ＭＱＷ活性層２７において発生する熱を直接
ｎ型Ｓｉ単結晶基板２２を通して逃すことができる。さ
らにｎ型Ｓｉ単結晶基板２２裏面に電極を設けることが
できるので、基板１枚当たり得られる発光素子の数が従
来よりも増加し、従来よりも安価な発光素子を得ること
ができる。
【００８４】発光素子２００は、図３に示した結晶成長
方法を用いて製造される。この発光素子２００の製造方
法を、図１１を用いて説明する。
方法を用いて製造される。この発光素子２００の製造方
法を、図１１を用いて説明する。
【００８５】まずｎ型Ｓｉ単結晶基板２２上に層厚が１
０ｎｍのＡｌ単結晶層２４を、ＩＣＢ法を用いて積層す
る（図１１（ａ））。次にＡｌ単結晶層２４を、表面よ
り２ｎｍの深さまで窒化し、層厚が２ｎｍの単結晶Ａｌ
Ｎ層２５に変化させる（図１１（ｂ））。窒化の方法と
して、ｎ型Ｓｉ単結晶基板２２の温度をＡｌの融点であ
る６６０℃より約１００℃低い５５０℃に保ち、ヒドラ
ジンまたはアンモニア等の窒素化合物を含む、適当なガ
ス（Ｈ2キャリアガス）を流し、窒素化合物中の窒素成
分とＡｌ単結晶層２４とを反応させる。
０ｎｍのＡｌ単結晶層２４を、ＩＣＢ法を用いて積層す
る（図１１（ａ））。次にＡｌ単結晶層２４を、表面よ
り２ｎｍの深さまで窒化し、層厚が２ｎｍの単結晶Ａｌ
Ｎ層２５に変化させる（図１１（ｂ））。窒化の方法と
して、ｎ型Ｓｉ単結晶基板２２の温度をＡｌの融点であ
る６６０℃より約１００℃低い５５０℃に保ち、ヒドラ
ジンまたはアンモニア等の窒素化合物を含む、適当なガ
ス（Ｈ2キャリアガス）を流し、窒素化合物中の窒素成
分とＡｌ単結晶層２４とを反応させる。
【００８６】その後、ＭＯＶＰＥ法を用い、Ｓｉ添加の
ｎ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２６、ＭＱＷ活性層２
７、Ｍｇ添加のｐ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２８、
Ｍｇ添加のｐ型ＧａＮコンタクト層２９を順次積層する
（図１１（ｃ））。ｎ型Ｇａ 0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２
６、ｐ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２８およびｐ型Ｇ
ａＮコンタクト層２９の結晶成長温度は１０００℃であ
り、ＭＱＷ活性層２７の結晶成長温度は８００℃であ
る。
ｎ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２６、ＭＱＷ活性層２
７、Ｍｇ添加のｐ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２８、
Ｍｇ添加のｐ型ＧａＮコンタクト層２９を順次積層する
（図１１（ｃ））。ｎ型Ｇａ 0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２
６、ｐ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２８およびｐ型Ｇ
ａＮコンタクト層２９の結晶成長温度は１０００℃であ
り、ＭＱＷ活性層２７の結晶成長温度は８００℃であ
る。
【００８７】この後、コンタクト層２９およびＳｉ単結
晶基板２２上に、互いに対向する面上にオーミック電極
３２ａ及び３２ｂを形成することによって、発光素子２
００が得られる。なお、オーミック電極３２ｂは、Ａ
ｌ、ＴｉやＰｔ等を用い、必要に応じて３００℃〜４０
０℃でのアニールを行うことによって形成できる。オー
ミック電極３２ａは実施例１と同様にして形成できる。
晶基板２２上に、互いに対向する面上にオーミック電極
３２ａ及び３２ｂを形成することによって、発光素子２
００が得られる。なお、オーミック電極３２ｂは、Ａ
ｌ、ＴｉやＰｔ等を用い、必要に応じて３００℃〜４０
０℃でのアニールを行うことによって形成できる。オー
ミック電極３２ａは実施例１と同様にして形成できる。
【００８８】この構成によれば、Ａｌ単結晶層２４を窒
化させて単結晶ＡｌＮ層２５とするために、Ａｌ単結晶
層２４および単結晶ＡｌＮ層２５をｎ型Ｓｉ単結晶基板
２２全面に形成させることができ、単結晶ＡｌＮ層２５
の上に積層されるｎ型Ｇａ0. 9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２
６、ＭＱＷ活性層２７、ｐ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド
層２８およびｐ型ＧａＮコンタクト層２９の結晶性を向
上させることができる。
化させて単結晶ＡｌＮ層２５とするために、Ａｌ単結晶
層２４および単結晶ＡｌＮ層２５をｎ型Ｓｉ単結晶基板
２２全面に形成させることができ、単結晶ＡｌＮ層２５
の上に積層されるｎ型Ｇａ0. 9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２
６、ＭＱＷ活性層２７、ｐ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド
層２８およびｐ型ＧａＮコンタクト層２９の結晶性を向
上させることができる。
【００８９】本発明の実施例２−１における発光素子２
００について、その断面をＴＥＭにより観察したとこ
ろ、ｎ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２６、ＭＱＷ活性
層２７、ｐ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２８およびｐ
型ＧａＮコンタクト層２９の欠陥や転位の密度は１×１
０5／ｃｍ2であり、従来の発光素子に比して１／１００
００であることが認められた。
００について、その断面をＴＥＭにより観察したとこ
ろ、ｎ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２６、ＭＱＷ活性
層２７、ｐ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２８およびｐ
型ＧａＮコンタクト層２９の欠陥や転位の密度は１×１
０5／ｃｍ2であり、従来の発光素子に比して１／１００
００であることが認められた。
【００９０】（実施例２−２）本発明の実施例２−２に
おける発光素子３００は、図１２に示したように、ｎ型
ＧａＡｓ基板２２上に層厚が５ｎｍの単結晶Ａｌ0.9Ｇ
ａ0.1Ｎ層２５、ｎ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２
６、ＭＱＷ活性層２７、ｐ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド
層２８、ｐ型ＧａＮコンタクト層２９を順次積層して構
成されたものである。
おける発光素子３００は、図１２に示したように、ｎ型
ＧａＡｓ基板２２上に層厚が５ｎｍの単結晶Ａｌ0.9Ｇ
ａ0.1Ｎ層２５、ｎ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２
６、ＭＱＷ活性層２７、ｐ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド
層２８、ｐ型ＧａＮコンタクト層２９を順次積層して構
成されたものである。
【００９１】この構成によれば、ｎ型ＧａＡｓ基板２２
の直上に結晶の配向性がよい単結晶Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ｎ層
２５を形成しているので、ｎ型ＧａＡｓ基板２２と単結
晶Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ｎ層２５との界面において発生する欠
陥や転位の密度を減少させることができ、その上に積層
されるｎ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２６、ＭＱＷ活
性層２７、ｐ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２８および
ｐ型ＧａＮコンタクト層２９の欠陥や転位の密度を従来
よりも低減させることができる。また、ＭＱＷ活性層２
７において発生する熱を直接ｎ型ＧａＡｓ基板２２を通
して逃すことができる。さらにｎ型ＧａＡｓ基板２２の
裏面に電極を設けることができるので、基板１枚当たり
得られる発光素子の数が従来よりも増加し、従来よりも
安価な発光素子を得ることができる。
の直上に結晶の配向性がよい単結晶Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ｎ層
２５を形成しているので、ｎ型ＧａＡｓ基板２２と単結
晶Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ｎ層２５との界面において発生する欠
陥や転位の密度を減少させることができ、その上に積層
されるｎ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２６、ＭＱＷ活
性層２７、ｐ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２８および
ｐ型ＧａＮコンタクト層２９の欠陥や転位の密度を従来
よりも低減させることができる。また、ＭＱＷ活性層２
７において発生する熱を直接ｎ型ＧａＡｓ基板２２を通
して逃すことができる。さらにｎ型ＧａＡｓ基板２２の
裏面に電極を設けることができるので、基板１枚当たり
得られる発光素子の数が従来よりも増加し、従来よりも
安価な発光素子を得ることができる。
【００９２】発光素子３００は、図１に示した結晶成長
方法を用いて製造される。この発光素子３００の製造方
法を、再び図８を用いて説明する。
方法を用いて製造される。この発光素子３００の製造方
法を、再び図８を用いて説明する。
【００９３】まずｎ型ＧａＡｓ基板２２上に層厚が５ｎ
ｍのＡｌ0.9Ｇａ0.1合金単結晶層２４をＩＣＢ法を用い
て積層する（図８（ａ））。次にＡｌ0.9Ｇａ0.1合金単
結晶層２４を窒化し、単結晶Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ｎ層２５に
変化させる（図８（ｂ））。窒化の方法として、ｎ型Ｇ
ａＡｓ基板２２の温度を５００℃に保ち、ヒドラジンま
たはアンモニア等の窒素化合物を含む、適当なガス（Ｈ
2キャリアガス）を流し、窒素化合物中の窒素成分とＡ
ｌ0.9Ｇａ0.1合金単結晶層２４とを反応させる。その
後、第１の実施例と同様にＳｉ添加のｎ型Ｇａ0.9Ａｌ
0.1Ｎクラッド層２６、ＭＱＷ活性層２７、Ｍｇ添加の
ｐ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２８、Ｍｇ添加のｐ型
ＧａＮコンタクト層２９を順次積層する（図８
（ｃ））。
ｍのＡｌ0.9Ｇａ0.1合金単結晶層２４をＩＣＢ法を用い
て積層する（図８（ａ））。次にＡｌ0.9Ｇａ0.1合金単
結晶層２４を窒化し、単結晶Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ｎ層２５に
変化させる（図８（ｂ））。窒化の方法として、ｎ型Ｇ
ａＡｓ基板２２の温度を５００℃に保ち、ヒドラジンま
たはアンモニア等の窒素化合物を含む、適当なガス（Ｈ
2キャリアガス）を流し、窒素化合物中の窒素成分とＡ
ｌ0.9Ｇａ0.1合金単結晶層２４とを反応させる。その
後、第１の実施例と同様にＳｉ添加のｎ型Ｇａ0.9Ａｌ
0.1Ｎクラッド層２６、ＭＱＷ活性層２７、Ｍｇ添加の
ｐ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２８、Ｍｇ添加のｐ型
ＧａＮコンタクト層２９を順次積層する（図８
（ｃ））。
【００９４】この後、コンタクト層２９およびＧａＡｓ
単結晶基板２２上に、互いに対向する面上にオーミック
電極３２ａ及び３２ｂを形成することによって、発光素
子３００が得られる。
単結晶基板２２上に、互いに対向する面上にオーミック
電極３２ａ及び３２ｂを形成することによって、発光素
子３００が得られる。
【００９５】この構成によれば、Ａｌ0.9Ｇａ0.1合金単
結晶層２４を窒化させて単結晶Ａｌ 0.9Ｇａ0.1Ｎ層２５
とするために、単結晶Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ｎ層２５をｎ型Ｇ
ａＡｓ基板２２全面に形成させることができ、単結晶Ａ
ｌ0.9Ｇａ0.1Ｎ層２５の上に積層されるｎ型Ｇａ0.9Ａ
ｌ0.1Ｎクラッド層２６、ＭＱＷ活性層２７、ｐ型Ｇａ
0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２８およびｐ型ＧａＮコンタク
ト層２９の結晶性を向上させることができる。
結晶層２４を窒化させて単結晶Ａｌ 0.9Ｇａ0.1Ｎ層２５
とするために、単結晶Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ｎ層２５をｎ型Ｇ
ａＡｓ基板２２全面に形成させることができ、単結晶Ａ
ｌ0.9Ｇａ0.1Ｎ層２５の上に積層されるｎ型Ｇａ0.9Ａ
ｌ0.1Ｎクラッド層２６、ＭＱＷ活性層２７、ｐ型Ｇａ
0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２８およびｐ型ＧａＮコンタク
ト層２９の結晶性を向上させることができる。
【００９６】本発明の実施例２−２における発光素子３
００について、その断面をＴＥＭにより観察したとこ
ろ、ｎ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２６、ＭＱＷ活性
層２７、ｐ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２８およびＧ
ａＮコンタクト層２９の欠陥や転位の密度は１×１０5
／ｃｍ2であり、従来の発光素子に比して１／１０００
０であることが認められた。
００について、その断面をＴＥＭにより観察したとこ
ろ、ｎ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２６、ＭＱＷ活性
層２７、ｐ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２８およびＧ
ａＮコンタクト層２９の欠陥や転位の密度は１×１０5
／ｃｍ2であり、従来の発光素子に比して１／１０００
０であることが認められた。
【００９７】本発明の実施例２−１の発光素子２００、
本発明の実施例２−２の発光素子３００の７０℃の温度
環境の下でかつ５ｍＷの光出力でレーザ動作させたとき
の寿命測定の結果は、それぞれ図９の曲線Ｅ１およびＥ
２と同様であり、実施例２の発光素子２００および３０
０は、動作時間が１００００時間経過してもΔＩ／Δｔ
は１に近いが、従来の発光素子に関しては動作時間が約
５０００時間経過するとΔＩ／Δｔの値が１より大きく
ずれてくることがわかった。このことから、実施例２の
発光素子は従来の発光素子に比べて寿命が長く信頼性が
高いことがわかった。なお、これらの発光素子の発振波
長はすべて４２０ｎｍであった。
本発明の実施例２−２の発光素子３００の７０℃の温度
環境の下でかつ５ｍＷの光出力でレーザ動作させたとき
の寿命測定の結果は、それぞれ図９の曲線Ｅ１およびＥ
２と同様であり、実施例２の発光素子２００および３０
０は、動作時間が１００００時間経過してもΔＩ／Δｔ
は１に近いが、従来の発光素子に関しては動作時間が約
５０００時間経過するとΔＩ／Δｔの値が１より大きく
ずれてくることがわかった。このことから、実施例２の
発光素子は従来の発光素子に比べて寿命が長く信頼性が
高いことがわかった。なお、これらの発光素子の発振波
長はすべて４２０ｎｍであった。
【００９８】なお、上述の実施例２−１および２−２に
おけるｎ型Ｓｉ単結晶基板２２またはｎ型ＧａＡｓ基板
２２の代わりに、ｎ型ＧａＡｓ基板、ｎ型ＳｉＣ基板等
の導電性を有する半導体単結晶基板を用いても同様の効
果が得られる。また、ｐ型の導電性を有する半導体単結
晶基板を用いてもよく、ハフニウム等の金属よりなる導
体単結晶基板を用いてもよい。金属の内、ハフニウム単
結晶は窒化物半導体単結晶の格子定数に近い値を有して
いるので好ましい。
おけるｎ型Ｓｉ単結晶基板２２またはｎ型ＧａＡｓ基板
２２の代わりに、ｎ型ＧａＡｓ基板、ｎ型ＳｉＣ基板等
の導電性を有する半導体単結晶基板を用いても同様の効
果が得られる。また、ｐ型の導電性を有する半導体単結
晶基板を用いてもよく、ハフニウム等の金属よりなる導
体単結晶基板を用いてもよい。金属の内、ハフニウム単
結晶は窒化物半導体単結晶の格子定数に近い値を有して
いるので好ましい。
【００９９】（実施例２−３）本発明の実施例２−３に
おける発光素子４００は、図１３に示したように、ｎ型
ＧａＡｓ基板２２と、ｎ型ＧａＡｓ単結晶基板２２上に
順次積層された層厚が５ｎｍの単結晶ＡｌＮ層２５、ｎ
型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２６、ＭＱＷ活性層２
７、ｐ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２８およびｐ型Ｇ
ａＮコンタクト層２９を有している。ｎ型ＧａＡｓ基板
２２の単結晶ＡｌＮ層２５側の表面近傍には金属拡散層
２２ａが形成されている。金属拡散層２２ａは、Ａｕを
含む合金がｎ型ＧａＡｓ単結晶基板２２に拡散すること
によって形成されている。
おける発光素子４００は、図１３に示したように、ｎ型
ＧａＡｓ基板２２と、ｎ型ＧａＡｓ単結晶基板２２上に
順次積層された層厚が５ｎｍの単結晶ＡｌＮ層２５、ｎ
型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２６、ＭＱＷ活性層２
７、ｐ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層２８およびｐ型Ｇ
ａＮコンタクト層２９を有している。ｎ型ＧａＡｓ基板
２２の単結晶ＡｌＮ層２５側の表面近傍には金属拡散層
２２ａが形成されている。金属拡散層２２ａは、Ａｕを
含む合金がｎ型ＧａＡｓ単結晶基板２２に拡散すること
によって形成されている。
【０１００】単結晶ＡｌＮ層２５上に形成されている半
導体積層構造（ｎ型クラッド層２６、活性層２７、ｐ型
クラッド層２８及びコンタクト層２９を含む）に電圧を
印加するための電極３２ａおよび３２ｂが、コンタクト
層２９およびｎ型ＧａＡｓ基板２２上に互いに対向する
ように、それぞれ形成されている。
導体積層構造（ｎ型クラッド層２６、活性層２７、ｐ型
クラッド層２８及びコンタクト層２９を含む）に電圧を
印加するための電極３２ａおよび３２ｂが、コンタクト
層２９およびｎ型ＧａＡｓ基板２２上に互いに対向する
ように、それぞれ形成されている。
【０１０１】発光素子４００は、図６（ａ）〜（ｄ）に
示した結晶成長方法を用いて製造される。
示した結晶成長方法を用いて製造される。
【０１０２】（１１１）面を主面とするｎ型ＧａＡｓ単
結晶基板２２を用意する。この単結晶基板２２の（１１
１）面にＡｕとＧｅとの合金からなる厚さ約１ｎｍの金
属単結晶層２３をＩＣＢ法を用いてエピタキシャル成長
させる（図６（ａ））。得られたＡｕＧｅ単結晶層２３
は（１１１）主面を有する。
結晶基板２２を用意する。この単結晶基板２２の（１１
１）面にＡｕとＧｅとの合金からなる厚さ約１ｎｍの金
属単結晶層２３をＩＣＢ法を用いてエピタキシャル成長
させる（図６（ａ））。得られたＡｕＧｅ単結晶層２３
は（１１１）主面を有する。
【０１０３】次に、ＡｕＧｅ単結晶層２３の（１１１）
面上に１０18ｃｍ-3程度のＳｉが添加された厚さ約２０
ｎｍのＡｌ単結晶層２４をＩＣＢ法を用いてエピタキシ
ャル成長させる（図６（ｂ））。得られたＡｌ単結晶層
２４は（１１１）主面を有する。
面上に１０18ｃｍ-3程度のＳｉが添加された厚さ約２０
ｎｍのＡｌ単結晶層２４をＩＣＢ法を用いてエピタキシ
ャル成長させる（図６（ｂ））。得られたＡｌ単結晶層
２４は（１１１）主面を有する。
【０１０４】金属単結晶層２３および２４をＩＣＢ法を
用いてエピタキシャル成長する工程は、金属単結晶層２
３および２４のそれぞれの原料を供給する原料源（Ａｕ
Ｇｅ源およびＳｉ添加Ａｌ源）を一つのチャンバ内に有
し、原料源からの原料ガスの供給量を例えばシャッタを
用いて制御できるＩＣＢ装置を用いることが好ましい。
この様なＩＣＢ装置を用いると、試料をチャンバから出
すことなく（チャンバ内の真空を破る（リークする）必
要がないので）、高純度な膜を成長できる。金属単結晶
層２３および２４をＩＣＢ法を用いてエピタキシャル成
長する工程は、例えば室温で実施することができる。
用いてエピタキシャル成長する工程は、金属単結晶層２
３および２４のそれぞれの原料を供給する原料源（Ａｕ
Ｇｅ源およびＳｉ添加Ａｌ源）を一つのチャンバ内に有
し、原料源からの原料ガスの供給量を例えばシャッタを
用いて制御できるＩＣＢ装置を用いることが好ましい。
この様なＩＣＢ装置を用いると、試料をチャンバから出
すことなく（チャンバ内の真空を破る（リークする）必
要がないので）、高純度な膜を成長できる。金属単結晶
層２３および２４をＩＣＢ法を用いてエピタキシャル成
長する工程は、例えば室温で実施することができる。
【０１０５】次に、Ａｌ単結晶層２４を窒化するととも
に、ＡｕＧｅ単結晶層２３のＡｕＧｅをｎ型ＧａＡｓ基
板２２中に拡散させる。ＧａＡｓ単結晶基板２２の温度
を、ＧａＡｓ単結晶基板２２の融点およびＡｌ単結晶層
２４の融点よりも低い温度（例えば５５０℃）に加熱
し、窒素を含む化合物ガスをチャンバ内に流す。窒素を
含む化合物としては、ヒドラジンまたはアンモニアが好
ましい。特に、ヒドラジンは窒化能力が高いので、窒化
時間を短縮できる及び／又は窒化温度を下げることがで
きるので生産性の観点から好ましい。約１０〜１５分窒
化することによって、約２０ｎｍの厚さのＡｌ単結晶層
２４を窒化し、ＡｌＮ単結晶層２５が形成される。得ら
れるＡｌＮ単結晶層２５の主面は（０００１）面であ
る。窒化することによって層の厚さが増すので図中では
厚く示している。また、ＡｕＧｅがｎ型ＧａＡｓ基板２
２に拡散することによってＡｕＧｅ拡散層２２ａが形成
される（図６（ｃ））。ＡｕＧｅを拡散させるために、
窒化工程における加熱温度および加熱時間を適宜調整し
てもよい。実質的に窒化反応が終了しても、拡散だけの
ために加熱を継続しても良い。
に、ＡｕＧｅ単結晶層２３のＡｕＧｅをｎ型ＧａＡｓ基
板２２中に拡散させる。ＧａＡｓ単結晶基板２２の温度
を、ＧａＡｓ単結晶基板２２の融点およびＡｌ単結晶層
２４の融点よりも低い温度（例えば５５０℃）に加熱
し、窒素を含む化合物ガスをチャンバ内に流す。窒素を
含む化合物としては、ヒドラジンまたはアンモニアが好
ましい。特に、ヒドラジンは窒化能力が高いので、窒化
時間を短縮できる及び／又は窒化温度を下げることがで
きるので生産性の観点から好ましい。約１０〜１５分窒
化することによって、約２０ｎｍの厚さのＡｌ単結晶層
２４を窒化し、ＡｌＮ単結晶層２５が形成される。得ら
れるＡｌＮ単結晶層２５の主面は（０００１）面であ
る。窒化することによって層の厚さが増すので図中では
厚く示している。また、ＡｕＧｅがｎ型ＧａＡｓ基板２
２に拡散することによってＡｕＧｅ拡散層２２ａが形成
される（図６（ｃ））。ＡｕＧｅを拡散させるために、
窒化工程における加熱温度および加熱時間を適宜調整し
てもよい。実質的に窒化反応が終了しても、拡散だけの
ために加熱を継続しても良い。
【０１０６】その後、ＡｌＮ単結晶層２５上に、ｎ型Ｇ
ａ0.9Ａｌ0.1Ｎの単結晶からなるクラッド層２６をＩＣ
Ｂ法を用いてエピタキシャル成長する（図６（ｄ））。
この後は、上述した他の実施例と同様に、ダブルヘテロ
構造を有する半導体積層構造（ｎ型クラッド層２６、活
性層２７、ｐ型クラッド層２８およびコンタクト層２９
を含む）エピタキシャル成長によって形成する。その
後、コンタクト層２９およびｎ型ＧａＡｓ基板２２上に
互いに対向するように電極３２ａおよび３２ｂをそれぞ
れ形成することによって、図１３に示した発光素子４０
０が得られる。上記の半導体積層構造の結晶構造は六方
晶系であり、結晶の劈開面をキャビティの端面（face
t）とするレーザ素子を形成することができる。
ａ0.9Ａｌ0.1Ｎの単結晶からなるクラッド層２６をＩＣ
Ｂ法を用いてエピタキシャル成長する（図６（ｄ））。
この後は、上述した他の実施例と同様に、ダブルヘテロ
構造を有する半導体積層構造（ｎ型クラッド層２６、活
性層２７、ｐ型クラッド層２８およびコンタクト層２９
を含む）エピタキシャル成長によって形成する。その
後、コンタクト層２９およびｎ型ＧａＡｓ基板２２上に
互いに対向するように電極３２ａおよび３２ｂをそれぞ
れ形成することによって、図１３に示した発光素子４０
０が得られる。上記の半導体積層構造の結晶構造は六方
晶系であり、結晶の劈開面をキャビティの端面（face
t）とするレーザ素子を形成することができる。
【０１０７】ｎ−ＧａＡｓ基板２２のｎ−ＡｌＮ層２５
側の表面近傍に形成されたＡｕＧｅ拡散層２２ａにおい
て、Ｇｅ原子はドナーとして機能するので、ｎ−ＧａＡ
ｓ基板２２とｎ−ＡｌＮ層２５との界面の電気抵抗を低
下させる。従って、発光素子４００のように、導電性の
基板２２と半導体積層構造とを挟持するするように一対
の電極３２ａおよび３２ｂを配置した構成において、動
作電圧を低減することができる。
側の表面近傍に形成されたＡｕＧｅ拡散層２２ａにおい
て、Ｇｅ原子はドナーとして機能するので、ｎ−ＧａＡ
ｓ基板２２とｎ−ＡｌＮ層２５との界面の電気抵抗を低
下させる。従って、発光素子４００のように、導電性の
基板２２と半導体積層構造とを挟持するするように一対
の電極３２ａおよび３２ｂを配置した構成において、動
作電圧を低減することができる。
【０１０８】また、実施例２−３において、導電性単結
晶基板２２としてｐ型ＧａＡｓ基板を、金属単結晶層２
３としてＡｕＮｉ単結晶層を、金属単結晶層２４として
Ｍｇ（例えば約０．５モル％）を添加したＡｌ単結晶層
を用いれば、ｐ型ＧａＡｓ基板２２上にｐ型ＡｌＮ層２
５を形成することができるので、ダブルヘテロ構造の導
電型の配置が上述の配置を反転させた配置の発光素子を
製造することができる。さらに、この逆転配置において
は、ｐ型ＧａＡｓ基板２２のｐ型ＡｌＮ２５層側の表面
に近傍にＡｕＮｉ拡散層２２ａが形成される。ＡｕＮｉ
拡散層中のＮｉはアクセプタとして機能するので、ｐ−
ＧａＡｓ基板２２とｐ−ＡｌＮ層２５との界面の電気抵
抗を低下させ、発光素子の動作電圧を低減することがで
きる。
晶基板２２としてｐ型ＧａＡｓ基板を、金属単結晶層２
３としてＡｕＮｉ単結晶層を、金属単結晶層２４として
Ｍｇ（例えば約０．５モル％）を添加したＡｌ単結晶層
を用いれば、ｐ型ＧａＡｓ基板２２上にｐ型ＡｌＮ層２
５を形成することができるので、ダブルヘテロ構造の導
電型の配置が上述の配置を反転させた配置の発光素子を
製造することができる。さらに、この逆転配置において
は、ｐ型ＧａＡｓ基板２２のｐ型ＡｌＮ２５層側の表面
に近傍にＡｕＮｉ拡散層２２ａが形成される。ＡｕＮｉ
拡散層中のＮｉはアクセプタとして機能するので、ｐ−
ＧａＡｓ基板２２とｐ−ＡｌＮ層２５との界面の電気抵
抗を低下させ、発光素子の動作電圧を低減することがで
きる。
【０１０９】なお、上記の実施例において、金属単結晶
層２３の材料として、Ａｕ（単体）やＡｕを含む他の合
金を用いてもよい。
層２３の材料として、Ａｕ（単体）やＡｕを含む他の合
金を用いてもよい。
【０１１０】以上説明したように、本発明の実施例２に
よれば、導電性単結晶基板の直上に金属単結晶層および
窒化物半導体単結晶層を順次形成し、さらにその上に半
導体層を形成しているので、従来よりも放熱性がよく、
半導体層の欠陥や転位の密度を低減させることができ
る。また、導電性単結晶基板の裏面に電極を設けること
ができるので、従来よりも安価な半導体装置およびその
製造方法を得ることができる。
よれば、導電性単結晶基板の直上に金属単結晶層および
窒化物半導体単結晶層を順次形成し、さらにその上に半
導体層を形成しているので、従来よりも放熱性がよく、
半導体層の欠陥や転位の密度を低減させることができ
る。また、導電性単結晶基板の裏面に電極を設けること
ができるので、従来よりも安価な半導体装置およびその
製造方法を得ることができる。
【０１１１】
【発明の効果】本発明の窒化物半導体の結晶成長方法に
よれば、金属単結晶層を窒化することによって形成され
た金属窒化物単結晶層上に窒化物半導体結晶層がエピタ
キシャル成長されるので、従来よりも欠陥や転位が少な
い窒化物半導体層が得られる。
よれば、金属単結晶層を窒化することによって形成され
た金属窒化物単結晶層上に窒化物半導体結晶層がエピタ
キシャル成長されるので、従来よりも欠陥や転位が少な
い窒化物半導体層が得られる。
【０１１２】また、本発明による窒化物半導体の結晶成
長方法を用いて窒化物半導体を製造することによって、
従来よりも寿命が長く信頼性の高い窒化物半導体装置が
得られる。本発明による窒化物半導体の結晶成長方法
は、例えば、青色半導体レーザの製造方法に好適に適用
される。
長方法を用いて窒化物半導体を製造することによって、
従来よりも寿命が長く信頼性の高い窒化物半導体装置が
得られる。本発明による窒化物半導体の結晶成長方法
は、例えば、青色半導体レーザの製造方法に好適に適用
される。
【図１】本発明による実施形態の窒化物半導体の結晶成
長方法を示す断面図である。
長方法を示す断面図である。
【図２】本発明による他の実施形態の窒化物半導体の結
晶成長方法を示す断面図である。
晶成長方法を示す断面図である。
【図３】本発明による他の実施形態の窒化物半導体の結
晶成長方法を示す断面図である。
晶成長方法を示す断面図である。
【図４】本発明による他の実施形態の窒化物半導体の結
晶成長方法を示す断面図である。
晶成長方法を示す断面図である。
【図５】本発明による他の実施形態の窒化物半導体の結
晶成長方法を示す断面図である。
晶成長方法を示す断面図である。
【図６】本発明による他の実施形態の窒化物半導体の結
晶成長方法を示す断面図である。
晶成長方法を示す断面図である。
【図７】本発明による実施例の発光素子１００を模式的
に示す断面図である。
に示す断面図である。
【図８】図７に示した発光素子１００の製造方法を模式
的に示す断面図である。
的に示す断面図である。
【図９】本発明の発光素子および従来の発光素子の動作
時間と動作電流の変化率との関係を表すグラフである。
時間と動作電流の変化率との関係を表すグラフである。
【図１０】本発明による実施例の発光素子２００を模式
的に示す断面図である。
的に示す断面図である。
【図１１】図１０に示した発光素子２００の製造方法を
模式的に示す断面図である。
模式的に示す断面図である。
【図１２】本発明による実施例の発光素子３００を模式
的に示す断面図である。
的に示す断面図である。
【図１３】本発明による実施例の発光素子４００を模式
的に示す断面図である。
的に示す断面図である。
【図１４】従来の発光素子を模式的に示す断面図であ
る。
る。
２２ 基板（単結晶基板） ２２ａ 金属拡散層 ２３ 金属単結晶層（ＡｕまたはＡｕを含む合金層） ２４ 金属単結晶層（ＡｌまたはＡｌを含む合金層） ２５ 金属窒化物単結晶層 ２６ 窒化物半導体層（ｎ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド
層） ２７ 多重量子井戸活性層 ２８ ｐ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層 ２９ ｐ型ＧａＮコンタクト層 ３２ａ、３２ｂ 電極 ９２ サファイア基板 ９５ バッファ層 ９６ ｎ型クラッド層 ９７ ｎ型活性層 ９８ ｐ型クラッド層 １００、２００、３００、４００、９００ 発光素子
層） ２７ 多重量子井戸活性層 ２８ ｐ型Ｇａ0.9Ａｌ0.1Ｎクラッド層 ２９ ｐ型ＧａＮコンタクト層 ３２ａ、３２ｂ 電極 ９２ サファイア基板 ９５ バッファ層 ９６ ｎ型クラッド層 ９７ ｎ型活性層 ９８ ｐ型クラッド層 １００、２００、３００、４００、９００ 発光素子
Claims (24)
- 【請求項１】 基板上に第１金属単結晶層を形成する工
程と、 前記第１金属単結晶層を窒化することによって金属窒化
物単結晶層を形成する工程と、 前記金属窒化物単結晶層上に第１窒化物半導体層をエピ
タキシャル成長する工程と、 を包含する窒化物半導体の結晶成長方法。 - 【請求項２】 前記第１金属単結晶層を形成する工程
は、 単結晶基板を用意する工程と、 前記単結晶基板上に前記第１金属単結晶層をエピタキシ
ャル成長させる工程と、 を包含する請求項１に記載の窒化物半導体の結晶成長方
法。 - 【請求項３】 前記第１金属単結晶層をエピタキシャル
成長させる工程はクラスターイオンビーム法によって行
われる請求項２に記載の窒化物半導体の結晶成長方法。 - 【請求項４】 前記第１金属単結晶層は、Ａｌ1-x-yＧ
ａxＩｎy（０≦ｘ、ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ＜１）から形成
されている請求項２に記載の窒化物半導体の結晶成長方
法。 - 【請求項５】 前記第１窒化物半導体層は、Ａｌ1-s-t
ＧａsＩｎtＮ（０≦ｓ、ｔ≦１、０≦ｓ＋ｔ≦１）から
形成されている請求項４に記載の窒化物半導体の結晶成
長方法。 - 【請求項６】 前記第１金属単結晶層を窒化する工程
は、少なくともヒドラジンまたはアンモニアを含む雰囲
気中で、前記第１金属単結晶層を窒化する工程である、
請求項１から５のいずれかに記載の窒化物半導体の結晶
成長方法。 - 【請求項７】 前記第１金属単結晶層を窒化する工程
は、前記第１金属単結晶層の金属原子を前記単結晶基板
中に拡散させることによって、前記単結晶基板の表面に
金属拡散層を形成する工程を包含する、請求項１から６
のいずれかに記載の窒化物半導体の結晶成長方法。 - 【請求項８】 前記単結晶基板上に第２金属単結晶層を
形成する工程を更に包含し、 前記第１金属単結晶層を形成する工程は、前記第２金属
単結晶層上に前記第１金属単結晶層をエピタキシャル成
長する工程である請求項２に記載の窒化物半導体の結晶
成長方法。 - 【請求項９】 前記第１金属単結晶層を窒化する工程
は、前記第２金属単結晶層の金属原子を前記単結晶基板
中に拡散させることによって、前記第単結晶基板の表面
に金属拡散層を形成する工程を包含する、請求項８に記
載の窒化物半導体の結晶成長方法。 - 【請求項１０】 半導体積層構造と前記半導体積層構造
に電圧を印加するための一対の電極を有する窒化物半導
体装置の製造方法であって、 前記半導体積層構造を形成する工程は、請求項１に記載
の窒化物半導体の結晶成長方法によって、第１窒化物半
導体層をエピタキシャル成長する工程を包含する窒化物
半導体装置の製造方法。 - 【請求項１１】 前記単結晶基板は導電性を有する単結
晶基板であって、 前記電極を形成する工程は、前記単結晶基板および前記
半導体積層構造を介して互いに対向する面に一対の電極
を形成する工程である請求項１０に記載の窒化物半導体
装置の製造方法。 - 【請求項１２】 前記第１窒化物半導体層をエピタキシ
ャル成長する工程は、前記単結晶基板として半導体単結
晶基板を用い、前記半導体単結晶基板上に前記金属単結
晶層をエピタキシャル成長する工程と、 前記金属単結晶層を窒化することによって前記金属窒化
物単結晶層を形成するとともに、前記金属単結晶層の金
属原子を拡散させることによって前記半導体単結晶基板
の表面に金属拡散層を形成する工程とを包含する請求項
１０に記載の窒化物半導体装置の製造方法。 - 【請求項１３】 前記単結晶基板は（１１１）面を主面
とするＳｉ単結晶基板であって、 前記金属単結晶層を形成する工程は、前記Ｓｉ単結晶基
板の（１１１）面上に、（１１１）面を主面とするＡｌ
1-x-yＧａxＩｎy（０≦ｘ、ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ＜１）
からなる層をエピタキシャル成長させる工程であって、 前記金属窒化物単結晶層を形成する工程は、前記Ａｌ
1-x-yＧａxＩｎyからなる前記金属単結晶層を窒化する
ことによって、（０００１）を主面とするＡｌ1- x-yＧ
ａxＩｎyＮからなる前記金属窒化物単結晶層を形成する
工程である請求項１２に記載の窒化物半導体装置の製造
方法。 - 【請求項１４】 単結晶基板と、 前記単結晶基板上に形成された、窒化された金属単結晶
層から形成されている金属窒化物単結晶層と、 前記金属窒化物単結晶層上にエピタキシャル成長された
第１窒化物半導体層を含む半導体積層構造と、 前記半導体積層構造に電圧を印加するための一対の電極
と、を有する窒化物半導体装置。 - 【請求項１５】 導電性を有する単結晶基板と、 前記単結晶基板上に形成された、窒化された金属単結晶
層から形成されている金属窒化物単結晶層と、 前記金属窒化物単結晶層上にエピタキシャル成長された
第１窒化物半導体層を含む半導体積層構造と、 前記単結晶基板と前記半導体積層構造とを介して、互い
に対向する面に設けられた一対の電極と、 を有する窒化物半導体装置。 - 【請求項１６】 前記単結晶基板の上に、第１金属単結
晶層を更に有し、 前記金属窒化物単結晶層は、前記第１金属単結晶層上に
エピタキシャル成長された第２金属単結晶層が窒化され
た層から形成されている請求項１４または１５に記載の
窒化物半導体装置。 - 【請求項１７】 前記単結晶基板は、前記金属窒化物単
結晶層の金属原子が拡散した金属拡散層を有する請求項
１４または１５に記載の窒化物半導体装置。 - 【請求項１８】 前記単結晶基板は、前記第１金属単結
晶層の金属原子が拡散した金属拡散層を有する請求項１
６に記載の窒化物半導体装置。 - 【請求項１９】 前記単結晶基板は、Ｓｉ1-s-tＧｅsＣ
t（０≦ｓ、ｔ≦１、０≦ｓ＋ｔ≦１）から形成されて
いる請求項１４から１８のいずれかに記載の窒化物半導
体装置。 - 【請求項２０】 前記単結晶基板は、Ａ1-uＢu（０＜ｕ
＜１）から形成されており、ここでＡはＡｌ、Ｇａ及び
Ｉｎの内の１つであり、ＢはＡｓ、Ｐ及びＳｂの内の１
つである請求項１４から１８のいずれかに記載の窒化物
半導体装置。 - 【請求項２１】 前記単結晶基板は、サファイア、ス
ピネル、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化クロム、酸
化リチウムニオブ、酸化リチウムタンタルおよび酸化リ
チウムガリウムからなる群から選択される請求項１４に
記載の窒化物半導体装置。 - 【請求項２２】 前記第１金属単結晶層は、Ａｕまたは
Ａｕを含む合金から形成されている請求項１８に記載の
窒化物半導体装置。 - 【請求項２３】 前記金属窒化物単結晶層は、Ａｌ
1-x-yＧａxＩｎyＮ（０≦ｘ、ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ＜
１）から形成されている請求項１４から２１のいずれか
に記載の窒化物半導体装置。 - 【請求項２４】 前記単結晶基板は（１１１）面を主面
とするＳｉ単結晶基板であって、前記金属窒化物単結晶
層は（１１１）面上に形成され、且つ（０００１）を主
面とする請求項２３に記載の窒化物半導体装置。
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| JP14114399A JP2000049092A (ja) | 1998-05-29 | 1999-05-21 | 窒化物半導体の結晶成長方法および窒化物半導体装置並びにその製造方法 |
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|---|---|---|---|
| JP14899798 | 1998-05-29 | ||
| JP10-148998 | 1998-05-29 | ||
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|---|---|
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-
1999
- 1999-05-21 JP JP14114399A patent/JP2000049092A/ja not_active Withdrawn
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