JP2004247412A - 半導体積層構造及びその製造方法並びにそれを備えた半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】結晶基板とＧａＮ系半導体層との間の熱膨張率の差及び格子の不整合を緩和することで、ＧａＮ系半導体層の結晶性を高めることができ、結晶基板とＧａＮ系半導体層とのヘテロ界面における抵抗を低減することができる半導体積層構造及びその製造方法、結晶性を高めることで安定した動作特性を、しかも低い動作電圧で実現することができる半導体装置を提供する。
【解決手段】本発明の半導体積層構造は、結晶基板２１上に、少なくともホウ素（Ｂ）を含むＩＩＩ族窒化物系半導体からなる緩衝層２２と、ＧａＮ系半導体層２３を順次積層し、この緩衝層２２とＧａＮ系半導体層２３により半導体積層構造２４を構成したことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体積層構造及びその製造方法並びにそれを備えた半導体装置に関し、特に、結晶基板とＧａＮ系半導体層との間の熱膨張率の差及び格子の不整合を緩和し、ＧａＮ系半導体層の結晶性を高めるとともに、結晶基板とＧａＮ系半導体層とのヘテロ界面における抵抗を低減することが可能な半導体積層構造及びその製造方法、この半導体積層構造を備えた半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、シリコン以外の半導体材料として、ＩＩＩ族窒化物系半導体を用いた半導体素子が提案され実用に供されている。
図４は、従来のＩＩＩ族窒化物系半導体を用いた半導体素子の一例を示す断面図であり、図において、符号１はシリコン（Ｓｉ）基板、２はＳｉ基板１上に成膜されたＩｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）からなるバッファ層（緩衝層）、３はバッファ層２上に成膜されたＧａＮ系半導体層である。このＧａＮ系半導体層３を発光層（活性層）とすれば、５０５〜５３５ｎｍの青色・緑色光を発光させることができる。
【０００３】
図５は、従来のバッファ層を超格子構造とした半導体素子の一例を示す断面図であり、図において、符号１１はＳｉ基板１とＧａＮ系半導体層３との間に形成された、Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）層とＧａ_ｚＡｌ_１−ｚＮ（０≦ｚ≦１）層とを交互に積層した超格子構造からなるバッファ層（緩衝層）である。
この半導体素子では、バッファ層１１を超格子構造とすることで、Ｓｉ基板１とＧａＮ系半導体層３との間の熱膨張率の差に起因する応力を緩和することができる。
【０００４】
また、Ｓｉ基板とＧａＮ系半導体層との間の格子定数の差及び熱膨張率の差に起因する応力を緩和し、成長表面を平坦化する等を目的として、Ｓｉ基板とＧａＮ系半導体層との間に、複数層のバッファ層及び緩衝層を積層した多層構造の半導体素子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、ＧａＮ層を結晶成長させる場合に、成長過程でＧａＮ層と基板との間に大きな熱歪が生じるために、この熱歪を防止する方法として、触媒ＣＶＤ法によりＧａＮ層を低温成長する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−４０８４７号公報
【特許文献２】
特開２００１−４４１２４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の半導体素子においては、それぞれの熱膨張係数は、Ｓｉ基板が３．５９×１０^−６／Ｋ、ＩｎＮが３．１５×１０^−６／Ｋ、ＡｌＮが５．２７×１０^−６／Ｋ、ＧａＮが３．１７×１０^−６／Ｋであるから、バッファ層の熱膨張係数をＧａＮ系半導体層のそれに近づけるためには、Ｉｎの含有量を増やす必要があるが、Ｉｎは低融点（ｍ．ｐ．：１５６．６℃）で拡散し易いために、バッファ層を成膜した後の後工程、あるいは発光素子として完成した後の動作中の発熱により、Ｉｎが発光層内へ拡散し、発光波長が変化する等の問題点があった。
また、バッファ層に多くの量のＩｎを取り込むためには、Ｉｎの蒸気圧が高いために、成長温度を７００℃以下にする必要があるが、この温度は、通常の成長温度よりも３００℃以上も低いためにＩｎの偏析が生じ易く、結晶性の低下が避けられない。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、結晶基板とＧａＮ系半導体層との間の熱膨張率の差及び格子の不整合を緩和することで、ＧａＮ系半導体層の結晶性を高めることができ、結晶基板とＧａＮ系半導体層とのヘテロ界面における抵抗を低減することができる半導体積層構造及びその製造方法、結晶性を高めることで安定した動作特性を、しかも低い動作電圧で実現することができる半導体装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は次の様な半導体積層構造及びその製造方法並びにそれを備えた半導体装置を提供した。
すなわち、本発明の半導体積層構造は、結晶基板上に、少なくともホウ素（Ｂ）を含むＩＩＩ族窒化物系半導体からなる緩衝層、ＧａＮ系半導体層が順次積層されてなることを特徴とする。
【０００９】
この半導体積層構造では、結晶基板とＧａＮ系半導体層との間に、熱膨張率がこれらに近い少なくともホウ素（Ｂ）を含むＩＩＩ族窒化物系半導体からなる緩衝層を成膜したことにより、結晶基板とＧａＮ系半導体層との間の熱膨張率の差を緩和し、成長の際に、あるいは成長後にＧａＮ系半導体層に掛かる応力を抑制する。これにより、ＧａＮ系半導体層は転位の少ない結晶性に優れたものとなる。
【００１０】
前記ＩＩＩ族窒化物系半導体は、Ｂ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ≦１）であることが好ましい。
前記緩衝層は、Ｇａ_ｗＡｌ_１−ｗＮ（０≦ｗ≦１）層と、Ｂ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ≦１）層とを交互に積層してなる超格子構造であることが好ましい。
【００１１】
前記結晶基板と前記緩衝層との間に、ホウ素（Ｂ）を主成分とする金属層を形成してなることが好ましい。
前記結晶基板は、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４、サファイアの群から選択された１種を主成分としたものであることが好ましい。
前記結晶基板は、Ｐ型結晶基板であることが好ましい。
【００１２】
本発明の半導体積層構造の製造方法は、結晶基板上に、少なくともホウ素（Ｂ）を含むＩＩＩ族窒化物系半導体からなる緩衝層、ＧａＮ系半導体層が順次積層されてなる半導体積層構造の製造方法であって、ＩＩＩ族元素及び窒素化合物が存在する反応室内にホウ素（Ｂ）を含む有機金属を導入し、このホウ素（Ｂ）を含む有機金属を熱分解することにより、前記結晶基板上に前記緩衝層を成膜することを特徴とする。
【００１３】
この半導体積層構造の製造方法では、ＩＩＩ族元素及び窒素化合物が存在する反応室内にホウ素（Ｂ）を含む有機金属を導入し、このホウ素（Ｂ）を含む有機金属を熱分解することにより、成長過程の緩衝層内のホウ素（Ｂ）の分布が高くかつ均一なものとなり、ホウ素（Ｂ）を含むＩＩＩ族窒化物系半導体の結晶性が向上する。これにより、結晶性に優れた緩衝層を容易に得られる。
【００１４】
本発明の半導体装置は、本発明の半導体積層構造を備えてなることを特徴とする。
この半導体装置では、本発明の半導体積層構造を備えたことにより、安定した動作特性が得られる。
前記ＧａＮ系半導体層は量子井戸構造の活性層を含むことが好ましい。
ＧａＮ系半導体層を量子井戸構造の活性層を含む構造とすることで、低い動作電圧で、高い発光効率が実現される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体積層構造及びその製造方法並びにそれを備えた半導体装置の各実施の形態について図面に基づき説明する。
【００１６】
「第１の実施形態」
図１は本発明の第１の実施形態の半導体素子（半導体装置）を示す断面図であり、図において、符号２１は結晶基板、２２は少なくともホウ素（Ｂ）を含むＩＩＩ族窒化物系半導体からなる緩衝層、２３はＧａＮ系半導体層であり、緩衝層２２とＧａＮ系半導体層２３により半導体積層構造２４が構成されている。
【００１７】
結晶基板２１は、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、スピネル構造のＭｇＡｌ_２Ｏ_４（酸化アルミニウムマグネシウム）、サファイアの群から選択された１種を主成分とした基板である。
この結晶基板２１としては、例えば、Ｐ−Ｓｉ基板の他、Ｐ−ＳｉＣ基板、Ｐ−ＧａＰ基板、Ｐ−ＧａＡｓ基板、Ｐ−ＭｇＡｌ_２Ｏ_４基板等が好適に用いられる。
【００１８】
緩衝層２２は、線膨張係数が結晶基板２１とＧａＮ系半導体層２３との間にあるホウ素（Ｂ）を含むＩＩＩ族窒化物系半導体により構成される単層のもので、その膜厚は０．０１〜０．１μｍである。
ホウ素（Ｂ）を含むＩＩＩ族窒化物系半導体としては、Ｂ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ≦１）が好適である。
【００１９】
ＧａＮ系半導体層２３は、例えば、単層のＧａＮ層、あるいは組成の異なる２種類のＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）層を交互に積層した多層構造、あるいはそれらを組み合わせたものである。
このＧａＮ系半導体層２３に活性層（発光層）を含む場合、組成比の異なるＩｎＧａＮを交互に積層した多重量子井戸構造（ＭＱＷ）が好ましい。
この多重量子井戸構造（ＭＱＷ）としては、例えば、Ｉｎ_０．２Ｇａ_０．８Ｎからなる井戸層と、Ｉｎ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎからなる障壁層とを、交互に積層した２〜２０層の多重量子井戸構造（ＭＱＷ）が好適である。この井戸層の膜厚は５〜１００μｍ、障壁層の膜厚は５〜１００μｍである。
【００２０】
この緩衝層２２では、ＢＮの熱膨張係数が２．６×１０^−６／Ｋと小さいことから、ＩＩＩ族窒化物系半導体にホウ素（Ｂ）を取り込むことで、Ｂ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ≦１）の熱膨張係数をＧａＮの熱膨張係数に整合させることができ、結晶基板２１とＧａＮ系半導体層２３との間の熱膨張率の差を緩和することができ、成長の際に、あるいは成長後にＧａＮ系半導体層２３に掛かる応力を抑制することができる。したがって、この緩衝層２２上に成長させるＧａＮ系半導体層２３は転位の少ない結晶性に優れたものとなる。
【００２１】
さらに、この緩衝層２２を、Ｇａ_ｗＡｌ_１−ｗＮ（０≦ｗ≦１）層と、Ｂ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ≦１）層とを交互に積層してなる歪超格子構造とすれば、この歪超格子構造が格子不整合による応力を緩和することができる。
【００２２】
次に、この半導体素子の製造方法について説明する。
ここでは、結晶基板２１としてＳｉ基板を用い、このＳｉ基板上に、Ｂ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ≦１）からなる緩衝層２２、ＧａＮ系半導体層２３を順次積層する場合について説明する。
まず、（１１１）面または（１００）面のＳｉ基板の表面を、フッ酸系溶液を用いて洗浄し、その後高純度の純水を用いて洗浄し、その後、乾燥させる。
次いで、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）、ハイドライドＶＰＥ（ＨＶＰＥ）等により、Ｓｉ基板上に緩衝層２２、ＧａＮ系半導体層２３を順次成長させ、半導体積層構造２４を形成する。
【００２３】
図２は、ＭＯＣＶＤの成長装置を示す断面図であり、この成長装置は、８００℃にて結晶成長させる第１成長室３１と、６００〜８１０℃にて結晶成長させる第２成長室３２と、試料を第１及び第２成長室３１、３２の間で移動させるための成長室ヘッド３３と、真空装置、膜厚計及び制御装置（図示せず）とにより構成されている。
【００２４】
第１成長室３１は、ヒーター４１ａが内蔵され内周側に石英管４１ｂが配置された有底筒状のウォールヒーター管４１と、有底筒状の石英製のソース管４２と、反応性ガスや有機金属（気相）をソース管４２の略底部に導入するための石英製の導入管４３と、ウォールヒーター管４１の上端部に接続される円筒状の石英製の閉じ込め管４４とにより構成されている。
第２成長室３２は、ウォールヒーター管４１と、ソース管４２と、反応性ガスや気相の有機金属を成長室３２上部に導入するための石英製の導入管４７、４８と、閉じ込め管４４とにより構成されている。
【００２５】
成長室ヘッド３３は、第１成長室３１と第２成長室３２との間に、水平方向移動自在かつ所定の位置に固定可能に設けられるもので、底部が開口とされかつヒーター５１ａが内蔵され内周側に石英管５１ｂが配置されたウォールヒーター管５１と、Ｓｉ基板（結晶基板）５２を水平に支持する試料ホルダー５３と、ウォールヒーター管５１及び試料ホルダー５３を固定する支持部材５４とにより構成され、ウォールヒーター管５１は第１成長室３１の閉じ込め管４４の上部、及び第２成長室３２の閉じ込め管４４の上部、それぞれに密閉状態で接続されるようになっている。そして、成長室ヘッド３３を、第１成長室３１（または第２成長室３２）に接続した場合に、内部空間が成長領域Ｒとなる。
【００２６】
この装置を用いて、必要に応じ、Ｓｉ基板５２上に、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）膜（絶縁膜）を形成する。
まず、試料ホルダー５３にＳｉ基板５２を固定し、この成長室ヘッド３３を第１成長室３１上に移動し、閉じ込め管４４に接続する。これにより、気密の成長領域Ｒを確保することができる。
【００２７】
次いで、真空装置を用いて、成長領域Ｒを真空引きし、この成長領域Ｒを所定の真空度、例えば、１０^−６Ｔｏｒｒとする。
次いで、ヒーター４１ａにより成長領域Ｒを所定の温度、例えば、４００〜８００℃に加熱し、この成長領域Ｒに導入管４３によりアンモニア（ＮＨ_３）を導入し、このＳｉ基板５２上にＳｉ_３Ｎ_４を形成する。
このＳｉ_３Ｎ_４が形成されたならば、ＮＨ_３の導入を停止する。
なお、このＳｉ_３Ｎ_４膜は、Ｓｉ基板５２上のバッファ層の形成を容易にするために形成するものであり、特に要求されない場合には、Ｓｉ_３Ｎ_４膜を省略することができる。
【００２８】
次いで、Ｓｉ基板５２上に、Ｂ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ≦１）からなる緩衝層２２を成長させる。
まず、第２成長室３２のソース管４２に、所定量のＧａ（ｍ．ｐ．：６３．６５℃）をチャージし、次いで、試料ホルダー５３にＳｉ基板５２を固定し、この成長室ヘッド３３を第２成長室３２上に移動し、閉じ込め管４４に接続する。これにより、気密の成長領域Ｒを確保することができる。
【００２９】
次いで、真空装置を用いて、成長領域Ｒを真空引きし、この成長領域Ｒを所定の真空度、例えば、１０^−６Ｔｏｒｒとする。
次いで、ヒーター４１ａによりソース管４２を所定の温度に加熱し、Ｇａを溶融するとともに、この成長領域Ｒに導入管４７によりＴＭＡ（（ＣＨ_３）_３Ａｌ：トリメチルアルミニウム（Ｔｒｉｍｅｔｈｙｌａｌｕｍｉｎｉｕｍ））を、導入管４８によりＴＭＢ（（ＣＨ_３）_３Ｂ：トリメチルホウ素（Ｔｒｉｍｅｔｈｙｌｂｏｒｏｎ））及びアンモニア（ＮＨ_３）を導入し、この成長領域Ｒ内でこれらを反応させてＳｉ基板５２上に、Ｂ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ≦１）からなる緩衝層２２を成長させる。
【００３０】
ここで、Ｂは、単体では蒸気圧がかなり低いので、その組成比を高度に制御することが難しい。そこで、ＴＭＢを熱分解させることにより生じたＢを用いれば、その組成比を高度に制御することができる。
また、ＴＭＡ、ＴＭＢ及びＮＨ_３それぞれの流量及び分圧を制御することにより、緩衝層２２を構成するＢ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}ＮのＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｎのそれぞれの比を所定の比とすることができる。
【００３１】
特に、Ｓｉ基板５２がＰ型であれば、このＳｉ基板５２上にＢ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎからなる緩衝層２２を成長させる場合には、始めにＴＭＢのみを導入してＳｉ基板５２上にＢを積層させるのが効果的である。その理由は、ＢがＳｉに対して有効なアクセプタとして働くために、Ｓｉ基板５２と緩衝層２２との界面における接合抵抗を低減させるからである。
【００３２】
この緩衝層２２を所定の膜厚まで成長させたならば、ＴＭＡ、ＴＭＢ及びＮＨ_３の導入を停止する。
ここでは、ソース管４２にＧａをチャージしたが、ソース管４２にＡｌをチャージし、ＴＭＡの替わりにＴＭＧ（（ＣＨ_３）_３Ｇａ：トリメチルガリウム（Ｔｒｉｍｅｔｈｙｌｇａｌｌｉｕｍ））を導入しても同様に成長させることができる。この場合、Ｇａに比べてＡｌの融点がかなり高い（ｍ．ｐ．：６６０．４℃）ので、ＴＭＧの熱分解が進行し過ぎないように、その流量及び分圧を制御する必要がある。
【００３３】
次いで、この緩衝層２２上に、ＧａＮ系半導体層２３を積層する。
再度、真空装置を用いて、成長領域Ｒを真空引きし、この成長領域Ｒを所定の真空度、例えば、１０^−６Ｔｏｒｒとする。
次いで、ヒーター４１ａによりソース管４２を所定の温度に加熱し、Ｇａを溶融するとともに、この成長領域Ｒに導入管４７または４８により反応ガスを導入し、この成長領域Ｒ内でこれら反応ガスを反応させて緩衝層２２上に、ＧａＮ系半導体相２３を成長させる。
【００３４】
ここで、上記のＧａＮ系半導体層２３が、例えば、ＧａＮの場合、導入管４８によりアンモニア（ＮＨ_３）を導入し、この成長領域Ｒ内でこれらを反応させて緩衝層２２上にＧａＮを成長させる。また、Ｇａ_ｗＡｌ_１−ｗＮの場合、導入管４７により同時にＴＭＡを導入し、この成長領域Ｒ内でこれらを反応させてＧａ_ｗＡｌ_１−ｗＮを成長させる。また、Ｉｎ_ｗＧａ_１−ｗＮの場合、導入管４７により同時にＴＭＩ（（ＣＨ_３）_３Ｉ：トリメチルインジウム（Ｔｒｉｍｅｔｈｙｌｉｎｄｉｕｍ））を導入し、この成長領域Ｒ内でこれらを反応させてＩｎ_ｗＧａ_１−ｗＮを成長させる。
このＧａＮ系半導体層２３を所定の膜厚まで成長させたならば、反応ガスの導入を停止する。
【００３５】
このＧａＮ系半導体層２３中に、組成の異なるＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）を交互に積層した多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層を含む場合、ＴＭＩ及びＮＨ_３それぞれの流量及び分圧を間欠的かつ周期的に変化させることにより、各層を成長させることができる。
その後、成長領域Ｒ内の圧力を大気圧に戻し、成長室ヘッド３３を閉じ込め管４４から外し、第２成長室３２上から移動し、試料ホルダー５３からＳｉ基板５２を外す。
以上により、Ｓｉ基板５２上に、Ｂ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎからなる緩衝層２２、ＧａＮ系半導体層２３を順次積層することができる。したがって、本実施形態の半導体素子を容易に製造することができる。
【００３６】
以上説明した様に、本実施形態の半導体素子によれば、結晶基板２１上に、少なくともホウ素（Ｂ）を含むＩＩＩ族窒化物系半導体からなる緩衝層２２、ＧａＮ系半導体層２３を順次積層したので、緩衝層２２が結晶基板２１とＧａＮ系半導体層２３との熱膨張率の差を緩和することができ、成長の際に、あるいは成長後にＧａＮ系半導体層２３に掛かる応力を抑制することができる。
したがって、ＧａＮ系半導体層２３を転位の少ない結晶性に優れた膜とすることができ、このＧａＮ系半導体層２３を有する半導体素子は、安定した動作特性を有し、信頼性も高いものとなる。
【００３７】
また、本実施形態の半導体素子の製造方法によれば、ＴＭＡを用いて、Ｓｉ基板５２上にＢ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ≦１）からなる緩衝層２２を成長させたので、ホウ素（Ｂ）の分布が高くかつ均一な緩衝層２２を成長させることができる。したがって、結晶性に優れた緩衝層２２を容易に成長させることができ、その結果、安定した動作特性を有しかつ信頼性も高い半導体素子を容易に作製することができる。
【００３８】
「第２の実施形態」
図３は本発明の第２の実施形態の半導体素子（半導体装置）を示す断面図であり、この半導体素子が、上述した第１の実施形態の半導体素子と異なる点は、第１の実施形態の半導体素子では、単層のＢ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ≦１）層により緩衝層２２を構成し、この緩衝層２２とＧａＮ系半導体層２３により半導体積層構造２４を構成したのに対し、本実施形態の半導体素子では、Ｂ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ≦１）層とＧａ_ｗＡｌ_１−ｗＮ（０≦ｗ≦１）層とを交互に積層してなる歪超格子構造により緩衝層６１を構成し、この緩衝層６１とＧａＮ系半導体層２３により半導体積層構造６２を構成した点である。
【００３９】
この緩衝層６１は、ＴＭＡ、ＴＭＢ及びＮＨ_３それぞれの流量及び分圧を間欠的かつ周期的に制御することにより、Ｂ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ層とＧａ_ｗＡｌ_１−ｗＮ層を交互に積層することができる。
本実施形態の半導体素子においても、第１の実施形態の半導体素子と全く同様の効果を奏することができる。
しかも、緩衝層６１を、Ｂ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ層とＧａ_ｗＡｌ_１−ｗＮ層とを交互に積層してなる歪超格子構造としたので、結晶性及び均一性に極めて優れた緩衝層６１を容易に得ることができ、その結果、さらに安定した動作特性を有しかつ信頼性も高い半導体素子を提供することができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明した様に、本発明の半導体積層構造によれば、結晶基板上に、少なくともホウ素（Ｂ）を含むＩＩＩ族窒化物系半導体からなる緩衝層、ＧａＮ系半導体層を順次積層したので、結晶基板とＧａＮ系半導体層との間の熱膨張率の差を緩和することができ、成長の際に、あるいは成長後にＧａＮ系半導体層に掛かる応力を抑制することができる。したがって、ＧａＮ系半導体層を転位の少ない結晶性に優れたものとすることができる。
【００４１】
本発明の半導体積層構造の製造方法によれば、ＩＩＩ族元素及び窒素化合物が存在する反応室内にホウ素（Ｂ）を含む有機金属を導入し、このホウ素（Ｂ）を含む有機金属を熱分解することにより、前記結晶基板上に前記緩衝層を成膜するので、成長過程の緩衝層内のホウ素（Ｂ）の分布を高くかつ均一なものとすることができ、ホウ素（Ｂ）を含むＩＩＩ族窒化物系半導体の結晶性を向上させることができる。したがって、結晶性に優れた緩衝層を容易に得ることができる。
【００４２】
本発明の半導体装置によれば、本発明の半導体積層構造を備えたので、安定した動作特性を得ることができる。
また、前記ＧａＮ系半導体層中に量子井戸構造の活性層を含むようにすれば、低い動作電圧で、高い発光効率を有する発光素子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の半導体素子を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の半導体素子を製造する際に用いられるＭＯＣＶＤの成長装置を示す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の半導体素子を示す断面図である。
【図４】従来のＩＩＩ族窒化物系半導体を用いた半導体素子の一例を示す断面図である。
【図５】従来のバッファ層を超格子構造とした半導体素子の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
２１…結晶基板、２２…緩衝層、２３…ＧａＮ系半導体層、２４…半導体積層構造、５２…Ｐ−Ｓｉ基板（結晶基板）、６１…緩衝層、６２…半導体積層構造、Ｒ…成長領域。

Claims (9)

1. 結晶基板上に、少なくともホウ素（Ｂ）を含むＩＩＩ族窒化物系半導体からなる緩衝層、ＧａＮ系半導体層が順次積層されてなることを特徴とする半導体積層構造。
2. 前記ＩＩＩ族窒化物系半導体は、Ｂ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ≦１）であることを特徴とする請求項１記載の半導体積層構造。
3. 前記緩衝層は、Ｇａ_ｗＡｌ_１−ｗＮ（０≦ｗ≦１）層と、Ｂ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ≦１）層とを交互に積層してなる超格子構造であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体積層構造。
4. 前記結晶基板と前記緩衝層との間に、ホウ素（Ｂ）を主成分とする金属層を形成してなることを特徴とする請求項１、２または３記載の半導体積層構造。
5. 前記結晶基板は、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４、サファイアの群から選択された１種を主成分としてなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載の半導体積層構造。
6. 前記結晶基板は、Ｐ型結晶基板であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項記載の半導体積層構造。
7. 結晶基板上に、少なくともホウ素（Ｂ）を含むＩＩＩ族窒化物系半導体からなる緩衝層、ＧａＮ系半導体層が順次積層されてなる半導体積層構造の製造方法であって、
   ＩＩＩ族元素及び窒素化合物が存在する反応領域内にホウ素（Ｂ）を含む有機金属を導入し、このホウ素（Ｂ）を含む有機金属を熱分解することにより、前記結晶基板上に前記緩衝層を成膜することを特徴とする半導体積層構造の製造方法。
8. 請求項１ないし６のいずれか１項記載の半導体積層構造を備えてなることを特徴とする半導体装置。
9. 前記ＧａＮ系半導体層は量子井戸構造の活性層を含むことを特徴とする請求項８記載の半導体装置。

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