JP3440873B2 - Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体素子の製造方法 - Google Patents
Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体素子の製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明はＩＩＩ族窒化物系化合
物半導体素子の製造方法に関する。
物半導体素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】青色発光素子などのＩＩＩ族窒化物系化
合物半導体素子はサファイア基板の上にＡｌｘＧａ
１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）からなるバッファ層を有機金属
気相成長法（この明細書で「ＭＯＣＶＤ法」）で成長さ
せ、更にその上にＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層を同
じくＭＯＣＶＤ法で成長させることにより得られてい
た。ここでＭＯＣＶＤ法においては、アンモニアガスと
ＩＩＩ族アルキル化合物ガス、例えばトリメチルアルミ
ニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、ト
リメチルインジウム（ＴＭＩ）を適当な温度に加熱され
た基板上に供給して熱分解させ、もって所望の結晶を基
板上に成膜させる。ここで、バッファ層の原材料ガスと
なるＴＭＡなどの有機金属は高価であり、ＩＩＩ族窒化
物系化合物半導体素子の原価を押し上げる一因となって
いた。
合物半導体素子はサファイア基板の上にＡｌｘＧａ
１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）からなるバッファ層を有機金属
気相成長法（この明細書で「ＭＯＣＶＤ法」）で成長さ
せ、更にその上にＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層を同
じくＭＯＣＶＤ法で成長させることにより得られてい
た。ここでＭＯＣＶＤ法においては、アンモニアガスと
ＩＩＩ族アルキル化合物ガス、例えばトリメチルアルミ
ニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、ト
リメチルインジウム（ＴＭＩ）を適当な温度に加熱され
た基板上に供給して熱分解させ、もって所望の結晶を基
板上に成膜させる。ここで、バッファ層の原材料ガスと
なるＴＭＡなどの有機金属は高価であり、ＩＩＩ族窒化
物系化合物半導体素子の原価を押し上げる一因となって
いた。
【０００３】ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）からな
るバッファ層をＭＯＣＶＤ法以外の方法で形成すれば、
有機金属の使用が避けられる。例えば、特公平５−８６
６４６号公報ではＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）バ
ッファ層を高周波スパッタリング法で形成し、次に、Ｎ
Ｈ３ガスを含有する雰囲気中（実施例によればＮＨ３と
Ｎ２）で加熱（８００〜１０００℃）し、およびＩＩＩ
族の有機金属を供給し、加熱された基板上にＩＩＩ族の
有機金属を分解させてその窒化物膜を気相成長させて、
バッファ層上に同一組成のＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦Ｘ
≦１）を成長させることが提案されている。高周波スパ
ッタ法でＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）からなるバ
ッファ層を形成する際の原材料は高純度の金属アルミニ
ウムと金属ガリウムであり、これらをターゲットとして
アルゴンと窒素との混合ガスをスパッタガスとする。こ
の場合、全ての原材料は安価である。従って、高価な有
機金属を原材料として用いるＭＯＣＶＤ法によりバッフ
ァ層を形成した場合に比べて、素子の原価を低下させら
れる。
るバッファ層をＭＯＣＶＤ法以外の方法で形成すれば、
有機金属の使用が避けられる。例えば、特公平５−８６
６４６号公報ではＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）バ
ッファ層を高周波スパッタリング法で形成し、次に、Ｎ
Ｈ３ガスを含有する雰囲気中（実施例によればＮＨ３と
Ｎ２）で加熱（８００〜１０００℃）し、およびＩＩＩ
族の有機金属を供給し、加熱された基板上にＩＩＩ族の
有機金属を分解させてその窒化物膜を気相成長させて、
バッファ層上に同一組成のＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦Ｘ
≦１）を成長させることが提案されている。高周波スパ
ッタ法でＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）からなるバ
ッファ層を形成する際の原材料は高純度の金属アルミニ
ウムと金属ガリウムであり、これらをターゲットとして
アルゴンと窒素との混合ガスをスパッタガスとする。こ
の場合、全ての原材料は安価である。従って、高価な有
機金属を原材料として用いるＭＯＣＶＤ法によりバッフ
ァ層を形成した場合に比べて、素子の原価を低下させら
れる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らは特公平５
−８６６４６号公報に開示の方法を試行してみたとこ
ろ、高周波スパッタ法で形成されたＡｌｘＧａ１−ｘＮ
（０≦Ｘ≦１）からなるバッファ層の上にＭＯＣＶＤ法
で形成されたＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層の結晶性
が本発明者らの要求を満足するものではなかった。即
ち、ＭＯＣＶＤ法で形成したＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦
ｘ≦１）からなるバッファ層の上にＭＯＣＶＤ法で形成
されたＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層に比べて当該方
法で得られたＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層はその結
晶性において劣るものであった。
−８６６４６号公報に開示の方法を試行してみたとこ
ろ、高周波スパッタ法で形成されたＡｌｘＧａ１−ｘＮ
（０≦Ｘ≦１）からなるバッファ層の上にＭＯＣＶＤ法
で形成されたＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層の結晶性
が本発明者らの要求を満足するものではなかった。即
ち、ＭＯＣＶＤ法で形成したＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦
ｘ≦１）からなるバッファ層の上にＭＯＣＶＤ法で形成
されたＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層に比べて当該方
法で得られたＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層はその結
晶性において劣るものであった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは当該ＩＩＩ
族窒化物系化合物半導体層の結晶性を向上するため鋭意
検討を重ねたところ、ＤＣマグネトロンスパッタ法でＩ
ＩＩ族窒化物系化合物半導体からなるバッファ層を形成
した場合において、このバッファ層を水素ガスとアンモ
ニアガスとの混合ガスの雰囲気下で熱処理すると、その
上に形成される第二のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層
の結晶性が向上することを見出し、この発明に想到し
た。
族窒化物系化合物半導体層の結晶性を向上するため鋭意
検討を重ねたところ、ＤＣマグネトロンスパッタ法でＩ
ＩＩ族窒化物系化合物半導体からなるバッファ層を形成
した場合において、このバッファ層を水素ガスとアンモ
ニアガスとの混合ガスの雰囲気下で熱処理すると、その
上に形成される第二のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層
の結晶性が向上することを見出し、この発明に想到し
た。
【０００６】この発明の構成は次の通りである。有機金
属を原材料に用いない方法で基板上に第一のＩＩＩ族窒
化物系化合物半導体層を形成し（ステップ１）、該第一
のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層を水素ガスとアンモ
ニアガスとの混合ガスの雰囲気下で熱処理し（ステップ
２）、その後、該第一のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体
層の上に第二のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層を形成
する（ステップ３）、ことを特徴とするＩＩＩ族窒化物
系化合物半導体素子の製造方法。
属を原材料に用いない方法で基板上に第一のＩＩＩ族窒
化物系化合物半導体層を形成し（ステップ１）、該第一
のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層を水素ガスとアンモ
ニアガスとの混合ガスの雰囲気下で熱処理し（ステップ
２）、その後、該第一のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体
層の上に第二のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層を形成
する（ステップ３）、ことを特徴とするＩＩＩ族窒化物
系化合物半導体素子の製造方法。
【０００７】本発明者らは、上記のようにしてステップ
２の段階まで形成された第一のＩＩＩ族窒化物系化合物
半導体層の例としてＡｌＮ層のＲＨＥＥＤパターンと、
上記製造方法おいてステップ２を省略した場合の同じく
ＡｌＮ層のＲＨＥＥＤパターンとをそれぞれ撮影した。
両者を比較したところ、前者のスポット強度が後者のス
ポット強度より強いことがわかった。従って、第一のＩ
ＩＩ族窒化物系化合物半導体層を水素ガスとアンモニア
ガスとの混合ガスの雰囲気下で熱処理するステップ２を
実行することにより、第一のＩＩＩ族窒化物系化合物半
導体層の結晶性向上が確認できる。
２の段階まで形成された第一のＩＩＩ族窒化物系化合物
半導体層の例としてＡｌＮ層のＲＨＥＥＤパターンと、
上記製造方法おいてステップ２を省略した場合の同じく
ＡｌＮ層のＲＨＥＥＤパターンとをそれぞれ撮影した。
両者を比較したところ、前者のスポット強度が後者のス
ポット強度より強いことがわかった。従って、第一のＩ
ＩＩ族窒化物系化合物半導体層を水素ガスとアンモニア
ガスとの混合ガスの雰囲気下で熱処理するステップ２を
実行することにより、第一のＩＩＩ族窒化物系化合物半
導体層の結晶性向上が確認できる。
【０００８】以下、本発明の製造方法を詳細に説明す
る。 （ステップ１）ステップ１では有機金属を原材料に用い
る方法以外の方法で基板上に第一のＩＩＩ族窒化物系化
合物半導体層を形成する。ここに、第一のＩＩＩ族窒化
物系化合物半導体にはＡｌｘＧａＹＩｎ１−ｘ−ＹＮ
（０＜Ｘ＜１、０＜Ｙ＜１、０＜Ｘ＋Ｙ＜１）で表現さ
れる四元系の化合物半導体、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜
Ｘ＜１）で表現される三元系の化合物半導体、並びにＡ
ｌＮ、ＧａＮ及びＩｎＮが含まれる。
る。 （ステップ１）ステップ１では有機金属を原材料に用い
る方法以外の方法で基板上に第一のＩＩＩ族窒化物系化
合物半導体層を形成する。ここに、第一のＩＩＩ族窒化
物系化合物半導体にはＡｌｘＧａＹＩｎ１−ｘ−ＹＮ
（０＜Ｘ＜１、０＜Ｙ＜１、０＜Ｘ＋Ｙ＜１）で表現さ
れる四元系の化合物半導体、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜
Ｘ＜１）で表現される三元系の化合物半導体、並びにＡ
ｌＮ、ＧａＮ及びＩｎＮが含まれる。
【０００９】有機金属を原材料に用いない方法にはリア
クティブスパッタ法を含むスパッタ法（特にＤＣマグネ
トロンスパッタ法）、蒸着法、イオンプレーティング
法、レーザアブレーション法及びＥＣＲ法がある。かか
る方法によれば、第一のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体
からなるバッファ層を形成する原材料として金属アルミ
ニウム、金属ガリウム、金属インジウムと窒素ガス若し
くはアンモニアガスが用いられる。また第一のＩＩＩ族
窒化物系化合物半導体自体をターゲットしてそのまま用
いる場合もある。いずれにしても有機アルミニウムに比
べてこれら原材料は安価である。第一のＩＩＩ族窒化物
系化合物半導体層の厚さは特に限定されないが、ＭＯＣ
ＶＤ法で形成した従来のバッファ層と同様に１００〜３
０００Åとすることが好ましい。更に好ましくは１００
〜２０００Åであり、更に更に好ましくは１００〜３０
０Åである。基板の材質はサファイアのほか、シリコ
ン、炭化シリコン、酸化亜鉛、リン化ガリウム、ヒ化ガ
リウム、酸化マグネシウム、酸化マンガンなどが考えら
れる。
クティブスパッタ法を含むスパッタ法（特にＤＣマグネ
トロンスパッタ法）、蒸着法、イオンプレーティング
法、レーザアブレーション法及びＥＣＲ法がある。かか
る方法によれば、第一のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体
からなるバッファ層を形成する原材料として金属アルミ
ニウム、金属ガリウム、金属インジウムと窒素ガス若し
くはアンモニアガスが用いられる。また第一のＩＩＩ族
窒化物系化合物半導体自体をターゲットしてそのまま用
いる場合もある。いずれにしても有機アルミニウムに比
べてこれら原材料は安価である。第一のＩＩＩ族窒化物
系化合物半導体層の厚さは特に限定されないが、ＭＯＣ
ＶＤ法で形成した従来のバッファ層と同様に１００〜３
０００Åとすることが好ましい。更に好ましくは１００
〜２０００Åであり、更に更に好ましくは１００〜３０
０Åである。基板の材質はサファイアのほか、シリコ
ン、炭化シリコン、酸化亜鉛、リン化ガリウム、ヒ化ガ
リウム、酸化マグネシウム、酸化マンガンなどが考えら
れる。
【００１０】サファイア基板上に下記条件でＤＣマグネ
トロンスパッタ装置を用いて、高純度金属アルミニウム
と窒素ガスを原材料とし、リアクティブスパッタ法を実
行してＡｌＮからなるバッファ層を形成した。
トロンスパッタ装置を用いて、高純度金属アルミニウム
と窒素ガスを原材料とし、リアクティブスパッタ法を実
行してＡｌＮからなるバッファ層を形成した。
【００１１】（ステップ２）ステップ２では上記の如く
スパッタ法等により形成された第一のＩＩＩ族窒化物系
化合物半導体層を水素ガスとアンモニアガスとの混合ガ
スの雰囲気下で熱処理する。これにより、当該第一のＩ
ＩＩ族窒化物系化合物半導体層の結晶性が向上する。Ｉ
ＩＩ族窒化物系化合物半導体層の例として上記表１のサ
ンプルａのＡｌＮ層（熱処理なし）及びサンプルｄのＡ
ｌＮ層（熱処理無し）、並びにサンプルａのＡｌＮ層を
水素ガス：アンモニアガス＝１：０．３の雰囲気で１０
００℃（５分）の熱処理をしたもの各ＲＨＥＥＤパター
ンを撮影した。
スパッタ法等により形成された第一のＩＩＩ族窒化物系
化合物半導体層を水素ガスとアンモニアガスとの混合ガ
スの雰囲気下で熱処理する。これにより、当該第一のＩ
ＩＩ族窒化物系化合物半導体層の結晶性が向上する。Ｉ
ＩＩ族窒化物系化合物半導体層の例として上記表１のサ
ンプルａのＡｌＮ層（熱処理なし）及びサンプルｄのＡ
ｌＮ層（熱処理無し）、並びにサンプルａのＡｌＮ層を
水素ガス：アンモニアガス＝１：０．３の雰囲気で１０
００℃（５分）の熱処理をしたもの各ＲＨＥＥＤパター
ンを撮影した。
【００１２】ＡｌＮ層を室温で成長させた得たサンプル
ｄのＡｌＮ層ではスポットが観察されず、ＡｌＮはアモ
ルファスの状態であることがわかった。４３０℃で成長
させて得たサンプルａのＡｌＮ層を更に水素ガスとアン
モニアガスとの混合ガスの雰囲気下で熱処理したときの
ＲＨＥＥＤパターンと当該熱処理の省略されたサンプル
ａのＡｌＮ層のＲＨＥＥＤパターンとの比較から、水素
ガスとアンモニアガスとの混合ガスの雰囲気下で熱処理
をすることにより、ＡｌＮ層の結晶性が向上することが
確認できた。
ｄのＡｌＮ層ではスポットが観察されず、ＡｌＮはアモ
ルファスの状態であることがわかった。４３０℃で成長
させて得たサンプルａのＡｌＮ層を更に水素ガスとアン
モニアガスとの混合ガスの雰囲気下で熱処理したときの
ＲＨＥＥＤパターンと当該熱処理の省略されたサンプル
ａのＡｌＮ層のＲＨＥＥＤパターンとの比較から、水素
ガスとアンモニアガスとの混合ガスの雰囲気下で熱処理
をすることにより、ＡｌＮ層の結晶性が向上することが
確認できた。
【００１３】水素ガスとアンモニアガスとの混合比は、
流量比で水素ガス：アンモニアガス＝１：０．１〜１と
することが好ましい。更に好ましくは水素ガス：アンモ
ニアガス＝１：０．１〜０．５であり、更に更に好まし
くは水素ガス：アンモニアガス＝１：０．３である。加
熱の条件は１０００〜１２５０℃とすることが好まし
い。更に好ましくは１０５０〜１２００℃であり、更に
更に好ましくは１１００〜１１５０℃である。
流量比で水素ガス：アンモニアガス＝１：０．１〜１と
することが好ましい。更に好ましくは水素ガス：アンモ
ニアガス＝１：０．１〜０．５であり、更に更に好まし
くは水素ガス：アンモニアガス＝１：０．３である。加
熱の条件は１０００〜１２５０℃とすることが好まし
い。更に好ましくは１０５０〜１２００℃であり、更に
更に好ましくは１１００〜１１５０℃である。
【００１４】（ステップ３）ステップ３では第一のＩＩ
Ｉ族窒化物系化合物半導体層の上に第二のＩＩＩ族窒化
物系化合物半導体層を形成する。第二のＩＩＩ族窒化物
系化合物半導体は、一般式としてＡｌＸＧａＹＩｎ
１−Ｘ−ＹＮ（０≦ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦
１）で表されるものであるが、更にＩＩＩ族元素として
ボロン（Ｂ）、タリウム（Ｔｌ）を含んでもよく、ま
た、窒素（Ｎ）の一部を、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、
アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）で置き換えても
良い。ＩＩＩ族窒化物系化合物半導体は任意のドーパン
トを含むものであっても良い。ＩＩＩ族窒化物系化合物
半導体層の形成方法は特に限定されないが、例えば、周
知の有機金属化合物気相成長法（この明細書で、「ＭＯ
ＣＶＤ法」という。）により形成される。また、周知の
分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）やハライド系気相成長法
（ＨＶＰＥ法）等によっても形成することができる。
Ｉ族窒化物系化合物半導体層の上に第二のＩＩＩ族窒化
物系化合物半導体層を形成する。第二のＩＩＩ族窒化物
系化合物半導体は、一般式としてＡｌＸＧａＹＩｎ
１−Ｘ−ＹＮ（０≦ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦
１）で表されるものであるが、更にＩＩＩ族元素として
ボロン（Ｂ）、タリウム（Ｔｌ）を含んでもよく、ま
た、窒素（Ｎ）の一部を、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、
アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）で置き換えても
良い。ＩＩＩ族窒化物系化合物半導体は任意のドーパン
トを含むものであっても良い。ＩＩＩ族窒化物系化合物
半導体層の形成方法は特に限定されないが、例えば、周
知の有機金属化合物気相成長法（この明細書で、「ＭＯ
ＣＶＤ法」という。）により形成される。また、周知の
分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）やハライド系気相成長法
（ＨＶＰＥ法）等によっても形成することができる。
【００１５】ＩＩＩ族窒化物系化合物半導体の成長をＭ
ＯＣＶＤ法により行うときは、サンプルをＭＯＣＶＤ装
置のサセプタにセットし、当該反応装置内でステップ２
を行うことが製造工程を削減する見地から好ましい。こ
の場合、反応装置の性能により熱処理温度の上限が規定
される。汎用的なＭＯＣＶＤ装置ではその反応温度の上
限は１２５０℃である。これは石英を構成部品に用いて
いるためであり、石英を用いないときは更に高い温度で
の熱処理が可能となる。また、第二のＩＩＩ族窒化物系
化合物半導体層の成長温度と該熱処理温度とを実質的に
同じ温度とすると、温度制御が容易になるので好まし
い。
ＯＣＶＤ法により行うときは、サンプルをＭＯＣＶＤ装
置のサセプタにセットし、当該反応装置内でステップ２
を行うことが製造工程を削減する見地から好ましい。こ
の場合、反応装置の性能により熱処理温度の上限が規定
される。汎用的なＭＯＣＶＤ装置ではその反応温度の上
限は１２５０℃である。これは石英を構成部品に用いて
いるためであり、石英を用いないときは更に高い温度で
の熱処理が可能となる。また、第二のＩＩＩ族窒化物系
化合物半導体層の成長温度と該熱処理温度とを実質的に
同じ温度とすると、温度制御が容易になるので好まし
い。
【００１６】表１のサンプルａ〜ｄのＡｌＮ層を水素ガ
ス：アンモニアガス＝１：０．３の雰囲気で１０００℃
（５分）で熱処理し、それぞれの上にＭＯＣＶＤ法によ
り厚さ１μｍのＧａＮ層を１１００℃で形成した。この
ようにして得られた各ＧａＮ層の表面の光学顕微鏡写真
を撮影した。その結果、サンプルａ〜ｃのＡｌＮ層の上
に形成されたＧａＮ層の表面は鏡面となった。従って、
その上に更に他のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層を結
晶性よく成長させることができる。一方、サンプルｄの
ＡｌＮ層上に形成されたＧａＮ層の表面は鏡面とならな
かった。かかる結果は、ＧａＮ成長温度は９００〜１２
００℃の広い範囲で同じ傾向を示す。
ス：アンモニアガス＝１：０．３の雰囲気で１０００℃
（５分）で熱処理し、それぞれの上にＭＯＣＶＤ法によ
り厚さ１μｍのＧａＮ層を１１００℃で形成した。この
ようにして得られた各ＧａＮ層の表面の光学顕微鏡写真
を撮影した。その結果、サンプルａ〜ｃのＡｌＮ層の上
に形成されたＧａＮ層の表面は鏡面となった。従って、
その上に更に他のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層を結
晶性よく成長させることができる。一方、サンプルｄの
ＡｌＮ層上に形成されたＧａＮ層の表面は鏡面とならな
かった。かかる結果は、ＧａＮ成長温度は９００〜１２
００℃の広い範囲で同じ傾向を示す。
【００１７】以上の結果より、有機アルミニウムを原材
料に用いない方法で第一のＩＩＩ族窒化物系化合物半導
体層を形成するときの温度は、２００〜６００℃とする
ことが好ましい。更に好ましくは３００〜５００℃であ
り、更に更に好ましくは４００〜５００℃である。
料に用いない方法で第一のＩＩＩ族窒化物系化合物半導
体層を形成するときの温度は、２００〜６００℃とする
ことが好ましい。更に好ましくは３００〜５００℃であ
り、更に更に好ましくは４００〜５００℃である。
【００１８】表１のサンプルａ〜ｃのＡｌＮ層を水素ガ
ス：アンモニアガス＝１：０．３の雰囲気で１０００℃
（５分）で熱処理し、その上にＭＯＣＶＤ法により厚さ
４μｍのＧａＮ層を１１００℃で形成した。４μｍとし
たのは一般的な発光素子においてはバッファ層の上にこ
の厚さ程度のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層が形成さ
れるためである。このようにして得られた膜厚４μｍの
各ＧａＮ層のロッキングカーブを図１〜図３に示す。な
おこのロッキングカーブはフィリップス社製Ｘ線回折装
置（Ｘ−ｐｅｒｔ）を用いてω−２θスキャンを実行し
て得た。図１〜図３のＧａＮ層の結晶性は、ＭＯＣＶＤ
法で形成されたＡｌＮ等のＩＩＩ族窒化物系化合物半導
体製バッファ層の上に同じくＭＯＣＶＤ法で形成された
ＧａＮ層の結晶性と同等若しくはそれ以上である。即
ち、図１〜図３の結果はスパッタリングによるバッファ
層の形成及び所定の雰囲気下での熱処理によりその上に
形成される第二のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層が充
分に実用化できるものであることを裏付けている。
ス：アンモニアガス＝１：０．３の雰囲気で１０００℃
（５分）で熱処理し、その上にＭＯＣＶＤ法により厚さ
４μｍのＧａＮ層を１１００℃で形成した。４μｍとし
たのは一般的な発光素子においてはバッファ層の上にこ
の厚さ程度のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層が形成さ
れるためである。このようにして得られた膜厚４μｍの
各ＧａＮ層のロッキングカーブを図１〜図３に示す。な
おこのロッキングカーブはフィリップス社製Ｘ線回折装
置（Ｘ−ｐｅｒｔ）を用いてω−２θスキャンを実行し
て得た。図１〜図３のＧａＮ層の結晶性は、ＭＯＣＶＤ
法で形成されたＡｌＮ等のＩＩＩ族窒化物系化合物半導
体製バッファ層の上に同じくＭＯＣＶＤ法で形成された
ＧａＮ層の結晶性と同等若しくはそれ以上である。即
ち、図１〜図３の結果はスパッタリングによるバッファ
層の形成及び所定の雰囲気下での熱処理によりその上に
形成される第二のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層が充
分に実用化できるものであることを裏付けている。
【００１９】このようにして形成される第二のＩＩＩ族
窒化物系化合物半導体層より半導体素子が構成される。
発光素子では周知のダブルヘテロ構造や超格子構造がと
られる。また、ＦＥＴ構造に代表される機能デバイスを
構成することもできる。
窒化物系化合物半導体層より半導体素子が構成される。
発光素子では周知のダブルヘテロ構造や超格子構造がと
られる。また、ＦＥＴ構造に代表される機能デバイスを
構成することもできる。
【００２０】
【実施例】図４は本発明の製造方法を用いて作製された
発光素子１を示したものである。実施例の発光素子１の
各層のスペックは以下の通りである。
発光素子１を示したものである。実施例の発光素子１の
各層のスペックは以下の通りである。
【００２１】発光素子１の作製には、まずサファイア基
板２をＤＣマグネトロンスパッタ装置にセットする。高
純度アルミニウムをターゲットとし、アルゴンガスと窒
素ガスをスパッタガスとしてサファイア基板上にＡｌＮ
製のバッファ層３を形成する。このとき基板を４３０℃
に保つ。その後、バッファ層３を形成した基板２をスパ
ッタ装置から取り出し、ＭＯＣＶＤ装置の反応室のサセ
プタにセットする。基板２を１０００℃以上に加熱する
とともに水素ガスとアンモニアガスとをそれぞれ１０リ
ットル／分、３リットル／分流通させながら、５分間放
置する。その後、ＭＯＣＶＤの常法に従いｎクラッド層
４、発光層５及びｐクラッド層６を成長させる。
板２をＤＣマグネトロンスパッタ装置にセットする。高
純度アルミニウムをターゲットとし、アルゴンガスと窒
素ガスをスパッタガスとしてサファイア基板上にＡｌＮ
製のバッファ層３を形成する。このとき基板を４３０℃
に保つ。その後、バッファ層３を形成した基板２をスパ
ッタ装置から取り出し、ＭＯＣＶＤ装置の反応室のサセ
プタにセットする。基板２を１０００℃以上に加熱する
とともに水素ガスとアンモニアガスとをそれぞれ１０リ
ットル／分、３リットル／分流通させながら、５分間放
置する。その後、ＭＯＣＶＤの常法に従いｎクラッド層
４、発光層５及びｐクラッド層６を成長させる。
【００２２】ｐクラッド層６を形成した後、ｐクラッド
層６、発光層５及びｎクラッド層４の一部を反応性イオ
ンエッチング等によりエッチング除去する。その後ｎク
ラッド層４においてエッチングされた面にｎ電極７を蒸
着により形成する。透光性電極８は金を含む薄膜であ
り、ｐクラッド層６の上面の実質的な全面を覆って積層
される。ｐ電極９も金を含む材料で構成されており、蒸
着により透光性電極８の上に蒸着により形成される。
層６、発光層５及びｎクラッド層４の一部を反応性イオ
ンエッチング等によりエッチング除去する。その後ｎク
ラッド層４においてエッチングされた面にｎ電極７を蒸
着により形成する。透光性電極８は金を含む薄膜であ
り、ｐクラッド層６の上面の実質的な全面を覆って積層
される。ｐ電極９も金を含む材料で構成されており、蒸
着により透光性電極８の上に蒸着により形成される。
【００２３】本発明により良好な第二のＩＩＩ族窒化物
系化合物半導体が形成できたことにより、発光ダイオー
ドにおいても従来と同様若しくはそれ以上の発光効率を
有するものが作成でき、本発明の産業上の利用性は極め
て高いことが判明した。
系化合物半導体が形成できたことにより、発光ダイオー
ドにおいても従来と同様若しくはそれ以上の発光効率を
有するものが作成でき、本発明の産業上の利用性は極め
て高いことが判明した。
【００２４】本発明が適用される素子は上記の発光ダイ
オードに限定されるものではなく、受光ダイオード、レ
ーザダイオード、太陽電池等の光素子の他、整流器、サ
イリスタ及びトランジスタ等のバイポーラ素子、ＦＥＴ
等のユニポーラ素子並びにマイクロウェーブ素子などの
電子デバイスにも適用できる。また、これらの素子の中
間体としての積層体にも本発明は適用されるものであ
る。
オードに限定されるものではなく、受光ダイオード、レ
ーザダイオード、太陽電池等の光素子の他、整流器、サ
イリスタ及びトランジスタ等のバイポーラ素子、ＦＥＴ
等のユニポーラ素子並びにマイクロウェーブ素子などの
電子デバイスにも適用できる。また、これらの素子の中
間体としての積層体にも本発明は適用されるものであ
る。
【００２５】この発明は上記発明の実施の形態及び実施
例の記載に何ら限定されるものではなく、特許請求の範
囲を逸脱しない範囲で当業者が想到し得る種々の変形態
様を包含する。
例の記載に何ら限定されるものではなく、特許請求の範
囲を逸脱しない範囲で当業者が想到し得る種々の変形態
様を包含する。
【００２６】以下、次の事項を開示する。
（１５） 前記有機金属を原材料に用いない方法はＤＣ
マグネトロンスパッタ法である、ことを特徴とする請求
項４に記載の製造方法。 （１６） 前記第一のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層
はＩＩ族、ＩＶ族及びＶＩ族元素の少なくとも１種をド
ーパントとして含むこと、を特徴とする請求項１〜１
３、（１５）のいずれかに記載の製造方法。 （１７） 前記ＡｌＮからなる第一のＩＩＩ族窒化物系
化合物半導体層はＳｉ，Ｇｅ，Ｓ，Ｔｅ，Ｍｇ，Ｚｎの
いずれかをドーパントとして含む、ことを特徴とする請
求項１〜１３、（１５）のいずれかに記載の製造方法。 （１４−２） 前記基板はサファイアである、ことを特
徴とする請求項１４に記載の素子。 （１４−３） 前記サファイアのａ面上に前記ＩＩＩ族
窒化物系化合物半導体が形成されている、ことを特徴と
する（１４−２）に記載の素子 （１４−４） 前記有機金属を原材料に用いない方法は
リアクティブスパッタ法を含むスパッタ法、蒸着法、イ
オンプレーティング法、レーザアブレーション法又はＥ
ＣＲ法である、ことを特徴とする請求項１４、（１４−
２）又は（１４−３）に記載の素子。 （１４−５） 前記第一のＩＩＩ族窒化物系化合物半導
体層はＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）からなる、こ
とを特徴とする請求項１４、（１４−２）〜（１４−
４）のいずれかに記載の素子。 （１４−６） 前記第一のＩＩＩ族窒化物系化合物半導
体層はＡｌＮからなる、ことを特徴とする請求項１４、
（１４−２）〜（１４−４）のいずれかに記載の素子。 （１４−７） 前記水素ガスと前記アンモニアガスとの
混合比は、流量比で水素ガス：アンモニアガス＝１：
０．１〜１である、ことを特徴とする請求項１４、（１
４−２）〜（１４−６）のいずれかに記載の素子。 （１４−８） 前記水素ガスと前記アンモニアガスとの
混合比は、流量比で水素ガス：アンモニアガス＝１：
０．１〜０．５である、ことを特徴とする請求項１４、
（１４−２）〜（１４−６）のいずれかに記載の素子。 （１４−９） 前記水素ガスと前記アンモニアガスとの
混合比は、流量比で水素ガス：アンモニアガスがほぼ
１：０．３である、ことを特徴とする請求項１４、（１
４−２）〜（１４−６）のいずれかに記載の素子。 （１４−１０） 前記第一のＩＩＩ族窒化物系化合物半
導体層の熱処理温度は１０００〜１２５０℃である、こ
とを特徴とする請求項１４、（１４−２）〜（１４−
９）のいずれかに記載の素子。 （１４−１１） 前記第二のＩＩＩ族窒化物系化合物半
導体層は有機金属を原材料に用いる方法で形成される、
ことを特徴とする請求項１４、（１４−２）〜（１４−
１０）のいずれかに記載の素子。 （１４−１２） 前記有機金属を原材料に用いる方法は
ＭＯＣＶＤ法である、ことを特徴とする（１４−１１）
に記載の素子。 （１４−１３） 前記ＭＯＣＶＤ法による前記ＩＩＩ族
窒化物系化合物半導体の成長温度が１０００℃以上であ
る、ことを特徴とする（１４−１２）に記載の素子。 （１４−１５） 前記有機金属を原材料に用いない方法
はＤＣマグネトロンスパッタ法である、ことを特徴とす
る（１４−４）に記載の素子。 （１４−１６） 前記第一のＩＩＩ族窒化物系化合物半
導体層はＩＩ族、ＩＶ族及びＶＩ族元素の少なくとも１
種をドーパントとして含むこと、を特徴とする請求項１
４、（１４−２）〜（１４−１５）のいずれかに記載の
素子。 （１４−１７） 前記ＡｌＮからなる第一のＩＩＩ族窒
化物系化合物半導体層はＳｉ，Ｇｅ，Ｓ，Ｔｅ，Ｍｇ，
Ｚｎのいずれかをドーパントとして含む、ことを特徴と
する請求項１４、（１４−２）〜（１４−１５）のいず
れかに記載の素子。 （２１） 有機金属を原材料に用いない方法で基板上に
第一のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層を形成し、 該第一のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層を水素ガスと
アンモニアガスとの混合ガスの雰囲気下で熱処理し、そ
の後、該第一のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層の上に
第二のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層を形成する、こ
とを特徴とする積層体の製造方法。 （２２） 前記基板はサファイアである、ことを特徴と
する（２１）に記載の製造方法。 （２３） 前記サファイアのａ面上に前記ＩＩＩ族窒化
物系化合物半導体を形成する、ことを特徴とする（２
２）に記載の製造方法。 （２４） 前記有機金属を原材料に用いない方法はリア
クティブスパッタ法を含むスパッタ法、蒸着法、イオン
プレーティング法、レーザアブレーション法又はＥＣＲ
法である、ことを特徴とする（２１）〜（２３）のいず
れかに記載の製造方法。 （２５） 前記第一のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層
はＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）からなる、ことを
特徴とする（２１）〜（２４）のいずれかに記載の製造
方法。 （２６） 前記第一のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層
はＡｌＮからなる、ことを特徴とする（２１）〜（２
４）のいずれかに記載の製造方法。 （２７） 前記水素ガスと前記アンモニアガスとの混合
比は、流量比で水素ガス：アンモニアガス＝１：０．１
〜１である、ことを特徴とする（２１）〜（２６）のい
ずれかに記載の製造方法。 （２８） 前記水素ガスと前記アンモニアガスとの混合
比は、流量比で水素ガス：アンモニアガス＝１：０．１
〜０．５である、ことを特徴とする（２１）〜（２６）
のいずれかに記載の製造方法。 （２９） 前記水素ガスと前記アンモニアガスとの混合
比は、流量比で水素ガス：アンモニアガスがほぼ１：
０．３である、ことを特徴とする（２１）〜（２６）の
いずれかに記載の製造方法。 （３０） 前記第一のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層
の熱処理温度は１０００〜１２５０℃である、ことを特
徴とする（２１）〜（２９）のいずれかに記載の製造方
法。 （３１） 前記第二のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層
は有機金属を原材料に用いる方法で形成される、ことを
特徴とする（２１）〜（３０）のいずれかに記載の製造
方法。 （３２） 前記有機金属を原材料に用いる方法はＭＯＣ
ＶＤ法である、ことを特徴とする（３１）に記載の製造
方法。 （３３） 前記ＭＯＣＶＤ法による前記ＩＩＩ族窒化物
系化合物半導体の成長温度が１０００℃以上である、こ
とを特徴とする（３２）に記載の製造方法。 （３４） 第一のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体からな
るバッファ層と該バッファ層の上に形成された第二のＩ
ＩＩ族窒化物系化合物半導体層を有するＩＩＩ族窒化物
系化合物半導体素子であって、前記バッファ層は有機金
属を原材料に用いない方法で形成され、かつ前記第二の
ＩＩＩ族窒化物系化合物半導体の形成前に水素ガスとア
ンモニアガスとの混合ガスの雰囲気下で熱処理されてい
る、ことを特徴とする積層体。 （３５） 前記有機金属を原材料に用いない方法はＤＣ
マグネトロンスパッタ法である、ことを特徴とする（２
４）に記載の製造方法。 （３６） 前記第一のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層
はＩＩ族、ＩＶ族及びＶＩ族元素の少なくとも１種をド
ーパントとして含むこと、を特徴とする（２１）〜（３
３）及び（３５）のいずれかに記載の製造方法。 （３７） 前記ＡｌＮからなる第一のＩＩＩ族窒化物系
化合物半導体層はＳｉ，Ｇｅ，Ｓ，Ｔｅ，Ｍｇ，Ｚｎの
いずれかをドーパントとして含む、ことを特徴とする
（２１）〜（３３）及び（３５）のいずれかに記載の製
造方法。 （３４−２） 前記基板はサファイアである、ことを特
徴とする（３４）に記載の積層体。 （３４−３） 前記サファイアのａ面上に前記ＩＩＩ族
窒化物系化合物半導体が形成されている、ことを特徴と
する（３４−２）に記載の積層体 （３４−４） 前記有機金属を原材料に用いない方法は
リアクティブスパッタ法を含むスパッタ法、蒸着法、イ
オンプレーティング法、レーザアブレーション法又はＥ
ＣＲ法である、ことを特徴とする（３４）、（３４−
２）又は（３４−３）に記載の積層体。 （３４−５） 前記第一のＩＩＩ族窒化物系化合物半導
体層はＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）からなる、こ
とを特徴とする（３４）、（３４−２）〜（３４−４）
のいずれかに記載の積層体。 （３４−６） 前記第一のＩＩＩ族窒化物系化合物半導
体層はＡｌＮからなる、ことを特徴とする（３４）、
（３４−２）〜（３４−４）のいずれかに記載の積層
体。 （３４−７） 前記水素ガスと前記アンモニアガスとの
混合比は、流量比で水素ガス：アンモニアガス＝１：
０．１〜１である、ことを特徴とする（３４）、（３４
−２）〜（３４−６）のいずれかに記載の積層体。 （３４−８） 前記水素ガスと前記アンモニアガスとの
混合比は、流量比で水素ガス：アンモニアガス＝１：
０．１〜０．５である、ことを特徴とする（３４）、
（３４−２）〜（３４−６）のいずれかに記載の積層
体。 （３４−９） 前記水素ガスと前記アンモニアガスとの
混合比は、流量比で水素ガス：アンモニアガスがほぼ
１：０．３である、ことを特徴とする（３４）、（３４
−２）〜（３４−６）のいずれかに記載の積層体。 （３４−１０） 前記第一のＩＩＩ族窒化物系化合物半
導体層の熱処理温度は１０００〜１２５０℃である、こ
とを特徴とする（３４）、（３４−２）〜（３４−９）
のいずれかに記載の積層体。 （３４−１１） 前記第二のＩＩＩ族窒化物系化合物半
導体層は有機金属を原材料に用いる方法で形成される、
ことを特徴とする（３４）、（３４−２）〜（３４−１
０）のいずれかに記載の積層体。 （３４−１２） 前記有機金属を原材料に用いる方法は
ＭＯＣＶＤ法である、ことを特徴とする（３４−１１）
に記載の積層体。 （３４−１３） 前記ＭＯＣＶＤ法による前記ＩＩＩ族
窒化物系化合物半導体の成長温度が１０００℃以上であ
る、ことを特徴とする（３４−１２）に記載の積層体。 （３４−１５） 前記有機金属を原材料に用いない方法
はＤＣマグネトロンスパッタ法である、ことを特徴とす
る（３４−４）に記載の積層体。 （３４−１６） 前記第一のＩＩＩ族窒化物系化合物半
導体層はＩＩ族、ＩＶ族及びＶＩ族元素の少なくとも１
種をドーパントとして含むこと、を特徴とする（３
４）、（３４−２）〜（３４−１５）のいずれかに記載
の積層体。 （３４−１７） 前記ＡＩＮからなる第一のＩＩＩ族窒
化物系化合物半導体層はＳｉ，Ｇｅ，Ｓ，Ｔｅ，Ｍｇ，
Ｚｎのいずれかをドーパントとして含む、ことを特徴と
する（３４）、（３４−２）〜（３４−１５）のいずれ
かに記載の積層体。
マグネトロンスパッタ法である、ことを特徴とする請求
項４に記載の製造方法。 （１６） 前記第一のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層
はＩＩ族、ＩＶ族及びＶＩ族元素の少なくとも１種をド
ーパントとして含むこと、を特徴とする請求項１〜１
３、（１５）のいずれかに記載の製造方法。 （１７） 前記ＡｌＮからなる第一のＩＩＩ族窒化物系
化合物半導体層はＳｉ，Ｇｅ，Ｓ，Ｔｅ，Ｍｇ，Ｚｎの
いずれかをドーパントとして含む、ことを特徴とする請
求項１〜１３、（１５）のいずれかに記載の製造方法。 （１４−２） 前記基板はサファイアである、ことを特
徴とする請求項１４に記載の素子。 （１４−３） 前記サファイアのａ面上に前記ＩＩＩ族
窒化物系化合物半導体が形成されている、ことを特徴と
する（１４−２）に記載の素子 （１４−４） 前記有機金属を原材料に用いない方法は
リアクティブスパッタ法を含むスパッタ法、蒸着法、イ
オンプレーティング法、レーザアブレーション法又はＥ
ＣＲ法である、ことを特徴とする請求項１４、（１４−
２）又は（１４−３）に記載の素子。 （１４−５） 前記第一のＩＩＩ族窒化物系化合物半導
体層はＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）からなる、こ
とを特徴とする請求項１４、（１４−２）〜（１４−
４）のいずれかに記載の素子。 （１４−６） 前記第一のＩＩＩ族窒化物系化合物半導
体層はＡｌＮからなる、ことを特徴とする請求項１４、
（１４−２）〜（１４−４）のいずれかに記載の素子。 （１４−７） 前記水素ガスと前記アンモニアガスとの
混合比は、流量比で水素ガス：アンモニアガス＝１：
０．１〜１である、ことを特徴とする請求項１４、（１
４−２）〜（１４−６）のいずれかに記載の素子。 （１４−８） 前記水素ガスと前記アンモニアガスとの
混合比は、流量比で水素ガス：アンモニアガス＝１：
０．１〜０．５である、ことを特徴とする請求項１４、
（１４−２）〜（１４−６）のいずれかに記載の素子。 （１４−９） 前記水素ガスと前記アンモニアガスとの
混合比は、流量比で水素ガス：アンモニアガスがほぼ
１：０．３である、ことを特徴とする請求項１４、（１
４−２）〜（１４−６）のいずれかに記載の素子。 （１４−１０） 前記第一のＩＩＩ族窒化物系化合物半
導体層の熱処理温度は１０００〜１２５０℃である、こ
とを特徴とする請求項１４、（１４−２）〜（１４−
９）のいずれかに記載の素子。 （１４−１１） 前記第二のＩＩＩ族窒化物系化合物半
導体層は有機金属を原材料に用いる方法で形成される、
ことを特徴とする請求項１４、（１４−２）〜（１４−
１０）のいずれかに記載の素子。 （１４−１２） 前記有機金属を原材料に用いる方法は
ＭＯＣＶＤ法である、ことを特徴とする（１４−１１）
に記載の素子。 （１４−１３） 前記ＭＯＣＶＤ法による前記ＩＩＩ族
窒化物系化合物半導体の成長温度が１０００℃以上であ
る、ことを特徴とする（１４−１２）に記載の素子。 （１４−１５） 前記有機金属を原材料に用いない方法
はＤＣマグネトロンスパッタ法である、ことを特徴とす
る（１４−４）に記載の素子。 （１４−１６） 前記第一のＩＩＩ族窒化物系化合物半
導体層はＩＩ族、ＩＶ族及びＶＩ族元素の少なくとも１
種をドーパントとして含むこと、を特徴とする請求項１
４、（１４−２）〜（１４−１５）のいずれかに記載の
素子。 （１４−１７） 前記ＡｌＮからなる第一のＩＩＩ族窒
化物系化合物半導体層はＳｉ，Ｇｅ，Ｓ，Ｔｅ，Ｍｇ，
Ｚｎのいずれかをドーパントとして含む、ことを特徴と
する請求項１４、（１４−２）〜（１４−１５）のいず
れかに記載の素子。 （２１） 有機金属を原材料に用いない方法で基板上に
第一のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層を形成し、 該第一のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層を水素ガスと
アンモニアガスとの混合ガスの雰囲気下で熱処理し、そ
の後、該第一のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層の上に
第二のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層を形成する、こ
とを特徴とする積層体の製造方法。 （２２） 前記基板はサファイアである、ことを特徴と
する（２１）に記載の製造方法。 （２３） 前記サファイアのａ面上に前記ＩＩＩ族窒化
物系化合物半導体を形成する、ことを特徴とする（２
２）に記載の製造方法。 （２４） 前記有機金属を原材料に用いない方法はリア
クティブスパッタ法を含むスパッタ法、蒸着法、イオン
プレーティング法、レーザアブレーション法又はＥＣＲ
法である、ことを特徴とする（２１）〜（２３）のいず
れかに記載の製造方法。 （２５） 前記第一のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層
はＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）からなる、ことを
特徴とする（２１）〜（２４）のいずれかに記載の製造
方法。 （２６） 前記第一のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層
はＡｌＮからなる、ことを特徴とする（２１）〜（２
４）のいずれかに記載の製造方法。 （２７） 前記水素ガスと前記アンモニアガスとの混合
比は、流量比で水素ガス：アンモニアガス＝１：０．１
〜１である、ことを特徴とする（２１）〜（２６）のい
ずれかに記載の製造方法。 （２８） 前記水素ガスと前記アンモニアガスとの混合
比は、流量比で水素ガス：アンモニアガス＝１：０．１
〜０．５である、ことを特徴とする（２１）〜（２６）
のいずれかに記載の製造方法。 （２９） 前記水素ガスと前記アンモニアガスとの混合
比は、流量比で水素ガス：アンモニアガスがほぼ１：
０．３である、ことを特徴とする（２１）〜（２６）の
いずれかに記載の製造方法。 （３０） 前記第一のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層
の熱処理温度は１０００〜１２５０℃である、ことを特
徴とする（２１）〜（２９）のいずれかに記載の製造方
法。 （３１） 前記第二のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層
は有機金属を原材料に用いる方法で形成される、ことを
特徴とする（２１）〜（３０）のいずれかに記載の製造
方法。 （３２） 前記有機金属を原材料に用いる方法はＭＯＣ
ＶＤ法である、ことを特徴とする（３１）に記載の製造
方法。 （３３） 前記ＭＯＣＶＤ法による前記ＩＩＩ族窒化物
系化合物半導体の成長温度が１０００℃以上である、こ
とを特徴とする（３２）に記載の製造方法。 （３４） 第一のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体からな
るバッファ層と該バッファ層の上に形成された第二のＩ
ＩＩ族窒化物系化合物半導体層を有するＩＩＩ族窒化物
系化合物半導体素子であって、前記バッファ層は有機金
属を原材料に用いない方法で形成され、かつ前記第二の
ＩＩＩ族窒化物系化合物半導体の形成前に水素ガスとア
ンモニアガスとの混合ガスの雰囲気下で熱処理されてい
る、ことを特徴とする積層体。 （３５） 前記有機金属を原材料に用いない方法はＤＣ
マグネトロンスパッタ法である、ことを特徴とする（２
４）に記載の製造方法。 （３６） 前記第一のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層
はＩＩ族、ＩＶ族及びＶＩ族元素の少なくとも１種をド
ーパントとして含むこと、を特徴とする（２１）〜（３
３）及び（３５）のいずれかに記載の製造方法。 （３７） 前記ＡｌＮからなる第一のＩＩＩ族窒化物系
化合物半導体層はＳｉ，Ｇｅ，Ｓ，Ｔｅ，Ｍｇ，Ｚｎの
いずれかをドーパントとして含む、ことを特徴とする
（２１）〜（３３）及び（３５）のいずれかに記載の製
造方法。 （３４−２） 前記基板はサファイアである、ことを特
徴とする（３４）に記載の積層体。 （３４−３） 前記サファイアのａ面上に前記ＩＩＩ族
窒化物系化合物半導体が形成されている、ことを特徴と
する（３４−２）に記載の積層体 （３４−４） 前記有機金属を原材料に用いない方法は
リアクティブスパッタ法を含むスパッタ法、蒸着法、イ
オンプレーティング法、レーザアブレーション法又はＥ
ＣＲ法である、ことを特徴とする（３４）、（３４−
２）又は（３４−３）に記載の積層体。 （３４−５） 前記第一のＩＩＩ族窒化物系化合物半導
体層はＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）からなる、こ
とを特徴とする（３４）、（３４−２）〜（３４−４）
のいずれかに記載の積層体。 （３４−６） 前記第一のＩＩＩ族窒化物系化合物半導
体層はＡｌＮからなる、ことを特徴とする（３４）、
（３４−２）〜（３４−４）のいずれかに記載の積層
体。 （３４−７） 前記水素ガスと前記アンモニアガスとの
混合比は、流量比で水素ガス：アンモニアガス＝１：
０．１〜１である、ことを特徴とする（３４）、（３４
−２）〜（３４−６）のいずれかに記載の積層体。 （３４−８） 前記水素ガスと前記アンモニアガスとの
混合比は、流量比で水素ガス：アンモニアガス＝１：
０．１〜０．５である、ことを特徴とする（３４）、
（３４−２）〜（３４−６）のいずれかに記載の積層
体。 （３４−９） 前記水素ガスと前記アンモニアガスとの
混合比は、流量比で水素ガス：アンモニアガスがほぼ
１：０．３である、ことを特徴とする（３４）、（３４
−２）〜（３４−６）のいずれかに記載の積層体。 （３４−１０） 前記第一のＩＩＩ族窒化物系化合物半
導体層の熱処理温度は１０００〜１２５０℃である、こ
とを特徴とする（３４）、（３４−２）〜（３４−９）
のいずれかに記載の積層体。 （３４−１１） 前記第二のＩＩＩ族窒化物系化合物半
導体層は有機金属を原材料に用いる方法で形成される、
ことを特徴とする（３４）、（３４−２）〜（３４−１
０）のいずれかに記載の積層体。 （３４−１２） 前記有機金属を原材料に用いる方法は
ＭＯＣＶＤ法である、ことを特徴とする（３４−１１）
に記載の積層体。 （３４−１３） 前記ＭＯＣＶＤ法による前記ＩＩＩ族
窒化物系化合物半導体の成長温度が１０００℃以上であ
る、ことを特徴とする（３４−１２）に記載の積層体。 （３４−１５） 前記有機金属を原材料に用いない方法
はＤＣマグネトロンスパッタ法である、ことを特徴とす
る（３４−４）に記載の積層体。 （３４−１６） 前記第一のＩＩＩ族窒化物系化合物半
導体層はＩＩ族、ＩＶ族及びＶＩ族元素の少なくとも１
種をドーパントとして含むこと、を特徴とする（３
４）、（３４−２）〜（３４−１５）のいずれかに記載
の積層体。 （３４−１７） 前記ＡＩＮからなる第一のＩＩＩ族窒
化物系化合物半導体層はＳｉ，Ｇｅ，Ｓ，Ｔｅ，Ｍｇ，
Ｚｎのいずれかをドーパントとして含む、ことを特徴と
する（３４）、（３４−２）〜（３４−１５）のいずれ
かに記載の積層体。
【図１】ＤＣマグネトロンスパッタ法により形成された
ＡｌＮバッファ層（表１のサンプルａ）の上にＭＯＣＶ
Ｄ法により形成されたＧａＮ層のロッキングカーブを示
す図である。
ＡｌＮバッファ層（表１のサンプルａ）の上にＭＯＣＶ
Ｄ法により形成されたＧａＮ層のロッキングカーブを示
す図である。
【図２】ＤＣマグネトロンスパッタ法により形成された
ＡｌＮバッファ層（表１のサンプルｂ）の上にＭＯＣＶ
Ｄ法により形成されたＧａＮ層のロッキングカーブを示
す図である。
ＡｌＮバッファ層（表１のサンプルｂ）の上にＭＯＣＶ
Ｄ法により形成されたＧａＮ層のロッキングカーブを示
す図である。
【図３】ＤＣマグネトロンスパッタ法により形成された
ＡｌＮバッファ層（表１のサンプルｃ）の上にＭＯＣＶ
Ｄ法により形成されたＧａＮ層のロッキングカーブを示
す図である。
ＡｌＮバッファ層（表１のサンプルｃ）の上にＭＯＣＶ
Ｄ法により形成されたＧａＮ層のロッキングカーブを示
す図である。
【図４】実施例の半導体発光素子１の断面図である。
１ 発光素子
２ 基板
３ バッファ層
４ ｎクラッド層
５ 発光層
６ ｐクラッド層
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 伊藤 潤
愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑
１番地 豊田合成株式会社内
(72)発明者 浅見 慎也
愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑
１番地 豊田合成株式会社内
(72)発明者 渡邉 大志
愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑
１番地 豊田合成株式会社内
(56)参考文献 特開 平９−134878（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−173829（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−39819（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−273048（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−119196（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−264899（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−297023（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/205
H01L 33/00
Claims (14)
- 【請求項１】 有機金属を原材料に用いない方法で基板
上に第一のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層を形成し、 該第一のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層を水素ガスと
アンモニアガスとの混合ガスの雰囲気下で熱処理し、 その後、該第一のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層の上
に第二のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層を形成する、
ことを特徴とするＩＩＩ族窒化物系化合物半導体素子の
製造方法。 - 【請求項２】 前記基板はサファイアである、ことを特
徴とする請求項１に記載の製造方法。 - 【請求項３】 前記サファイアのａ面上に前記ＩＩＩ族
窒化物系化合物半導体を形成する、ことを特徴とする請
求項２に記載の製造方法。 - 【請求項４】 前記有機金属を原材料に用いない方法は
リアクティブスパッタ法を含むスパッタ法、蒸着法、イ
オンプレーティング法、レーザアブレーション法又はＥ
ＣＲ法である、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれ
かに記載の製造方法。 - 【請求項５】 前記第一のＩＩＩ族窒化物系化合物半導
体層はＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）からなる、こ
とを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の製造方
法。 - 【請求項６】 前記第一のＩＩＩ族窒化物系化合物半導
体層はＡｌＮからなる、ことを特徴とする請求項１〜４
のいずれかに記載の製造方法。 - 【請求項７】 前記水素ガスと前記アンモニアガスとの
混合比は、流量比で水素ガス：アンモニアガス＝１：
０．１〜１である、ことを特徴とする請求項１〜６のい
ずれかに記載の製造方法。 - 【請求項８】 前記水素ガスと前記アンモニアガスとの
混合比は、流量比で水素ガス：アンモニアガス＝１：
０．１〜０．５である、ことを特徴とする請求項１〜６
のいずれかに記載の製造方法。 - 【請求項９】 前記水素ガスと前記アンモニアガスとの
混合比は、流量比で水素ガス：アンモニアガスがほぼ
１：０．３である、ことを特徴とする請求項１〜６のい
ずれかに記載の製造方法。 - 【請求項１０】 前記第一のＩＩＩ族窒化物系化合物半
導体層の熱処理温度は１０００〜１２５０℃である、こ
とを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の製造方
法。 - 【請求項１１】 前記第二のＩＩＩ族窒化物系化合物半
導体層は有機金属を原材料に用いる方法で形成される、
ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の製
造方法。 - 【請求項１２】 前記有機金属を原材料に用いる方法は
ＭＯＣＶＤ法である、ことを特徴とする請求項１１に記
載の製造方法。 - 【請求項１３】 前記ＭＯＣＶＤ法による前記ＩＩＩ族
窒化物系化合物半導体の成長温度が１０００℃以上であ
る、ことを特徴とする請求項１２に記載の製造方法。 - 【請求項１４】 第一のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体
からなるバッファ層と該バッファ層の上に形成された第
二のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層を有するＩＩＩ族
窒化物系化合物半導体素子であって、前記バッファ層は
有機金属を原材料に用いない方法で形成され、かつ前記
第二のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体の形成前に水素ガ
スとアンモニアガスとの混合ガスの雰囲気下で熱処理さ
れている、ことを特徴とするＩＩＩ族窒化物系化合物半
導体素子。
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