窒化物半導体素子およびその製造方法
【課題】 従来の２つのバッファ層を持つＡｌＮ系超格子バッファ層を持つ窒化物半導体素子においては、シリコン基板上に、表面が平滑で、しかも、クラックのない窒化物半導体を得ることは困難であった。
【解決手段】 ＡｌxＧａ1-xＮから成る第１のバッファ層のＡｌ組成ｘおよびＡｌyＧａ1-yＮから成る第２のバッファ層のＡｌ組成ｙを厳密に規定することにより、形成される窒化物半導体の表面の平坦性およびクラック発生の防止を両立する最適な条件を明らかにした。第１のバッファ層と第２のバッファ層との界面が平滑で、しかも、結晶性の良いＡｌＮ系超格子バッファ層を作製することができる。窒化物半導体を使用した信頼性の高い電子デバイス・光デバイス等を作成することができる。
【解決手段】 ＡｌxＧａ1-xＮから成る第１のバッファ層のＡｌ組成ｘおよびＡｌyＧａ1-yＮから成る第２のバッファ層のＡｌ組成ｙを厳密に規定することにより、形成される窒化物半導体の表面の平坦性およびクラック発生の防止を両立する最適な条件を明らかにした。第１のバッファ層と第２のバッファ層との界面が平滑で、しかも、結晶性の良いＡｌＮ系超格子バッファ層を作製することができる。窒化物半導体を使用した信頼性の高い電子デバイス・光デバイス等を作成することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体素子およびその製造方法に関する。より詳細には、窒化物半導体と熱膨張係数の異なる基板上に作製した、表面が平滑でクラックのない高品質な窒化物半導体素子、および、その製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体は、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、もしくはＩｎ等のＩＩＩ 族元素のうちの少なくとも一つ以上の元素ならびにＶ族元素である窒素の化合物である。一般式は、ＡｌaＢbＧａcＩｎ1-a-b-cＮ（０≦ａ≦１，０≦ｂ≦１，０≦ｃ≦１）により表される。窒化物半導体は、電界効果トランジスタ等の電子デバイス、または、可視光領域から紫外光領域の短波長帯における発光デバイスの活性材料として、近年盛んに研究および技術開発が行われている。一般的に、これらの窒化物半導体は、サファイア、窒化珪素、シリコン等の異種基板の上にヘテロエピタキシー技術を使用して作製される。特にシリコン基板は、大面積である、結晶性が良い、放熱性に優れる、へき開が容易である、プロセス技術が成熟している、さらに、低価格であるなどの多くの魅力的な特徴を備えている。
【０００３】
しかしながら、窒化物半導体およびシリコン基板では、格子定数や熱膨張係数が大きく異なる。このため、シリコン基板上に作製された窒化物半導体には、クラック（ミクロンサイズの幅の割れ）や貫通転位等の欠陥が多数存在するという問題があった。特に、窒化物半導体の熱膨張係数は、シリコン基板に比較して非常に大きい。このため、高温の結晶成長工程から室温にまで冷却する過程において、窒化物半導体に大きな引っ張り歪が生じ、高密度のクラックが発生することが大きな問題となっていた。
そこで、シリコン基板および窒化物半導体層の間にバッファ層を挿入し、上述したクラックや貫通転位を低減することが通例となっている。このようなバッファ層の例として、ＡｌＮから成る第１のバッファ層およびＧａＮから成る第２のバッファ層を交互に複数積層した超格子状の多層膜（以下、ＡｌＮ系格子バッファ層とする）が提案されている(非特許文献１)。
【０００４】
【非特許文献１】H. Ishikawa et al., Physical Status Solidi, vol. 0 (2003) pp. 2177-2180.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の非特許文献１においては、バッファ層の第１のバッファ層としてはＡｌＮを用い、第２のバッファ層としてＧａＮ を用いることが開示されている。しかしながら、上記の非特許文献１においては、形成される窒化物半導体の表面の平坦性およびクラック発生の防止を両立する最適な条件については、十分に開示されていない。
【０００６】
図１は、従来技術による窒化物半導体素子の断面図である。この本窒化物半導体素子において、ＡｌＮ系超格子バッファ層の組成は、第１のバッファ層はＡｌxＧａ1-xＮとし、第２のバッファ層はＡｌyＧａ1-yＮと表す。図１に示すように、（１１１）の主方位面を有する３インチ径のシリコン基板１１上に、ＡｌＮ（すなわち、ｘ＝１）から成り５ｎｍの厚さを持つ第１のバッファ層１２ａが形成されている。さらに、第１のバッファ層の上にはＧａＮ（すなわち、ｙ＝０）から成り２０ｎｍの厚さを持つ第２のバッファ層１２ｂが形成されている。第１のバッファ層および第２のバッファ層を各々２０層ずつ交互に積層して、ＡｌＮ系超格子バッファ層１２が構成される。さらに、このバッファ層１２の上に、１μｍの厚さのＧａＮから成る窒化物半導体層１３を成長させた。
【０００７】
図２は、上述の窒化物半導体素子の高分解能Ｘ線回折装置（ＨＲ−ＸＲＤ）によるθ−２θスキャンチャートを示す。当業者にはよく知られているように、このスキャンチャートによって、バッファ層１２における超格子層の界面状態を把握することが出来る。バッファ層１２内の各界面が原子層レベルで平滑な超格子である場合には、サテライトピークが観測される。図２においては、０次ピークのみしか観察されず、サテライトピークはほとんど見られない（後述する図５と比較することにより理解される）。すなわち、ＡｌＮ系超格子バッファ層１２内における第１のバッファ層１２ａ（ＡｌＮ）および第２のバッファ層１２ｂ（ＧａＮ）の界面が荒れていることが分かった。一方、ＧａＮから成る窒化物半導体層１３の表面を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で観察したところ、確かにクラックは全くなかったが、平均二乗根（ＲＭＳ）粗さは１５ｎｍもあった。
【０００８】
次に、上述の図１と同じ構成において、バッファ層１２である第１のバッファ層および第２のバッファ層の組成をそれぞれ変化させた。すなわち、（１１１）の主方位面を有する３インチ径のシリコン基板１１上に、５ｎｍの厚さのＡｌＮ（すなわち、ｘ＝１）から成る第１のバッファ層１２ａを形成し、さらに２０ｎｍの厚さのＡｌ0.7Ｇａ0.3Ｎ（すなわち、ｙ＝０．７）から成る第２のバッファ層１２ｂを形成した。この第１のバッファ層および第２のバッファ層を、各々２０層ずつ交互に積層してＡｌＮ系超格子バッファ層１２を構成した。さらに、このバッファ層１２の上に１μｍの厚さのＧａＮから成る窒化物半導体層１３を成長させた。この窒化物半導体層１３の表面を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で観察したところ、平均二乗根（ＲＭＳ）粗さは０．２５ｎｍであり、原子層レベルにおいて平滑であった。ところが、この窒化物半導体層１３表面には高密度のクラックが発生していた。
【０００９】
以上述べたように、シリコン基板上に、表面が平滑で、しかも、クラックのない窒化物半導体を得るためには、ＡｌＮ系超格子バッファ層において、ＡｌxＧａ1-xＮから成る第１のバッファ層のＡｌ組成ｘおよびＡｌyＧａ1-yＮから成る第２のバッファ層のＡｌ組成ｙが大きな影響を与えるにも関わらず、その詳細は明らかではなかった。
【００１０】
本発明においては、これら第１のバッファ層および第２のバッファ層のＡｌ組成ｘおよびｙに関して、その値を厳密に規定することにより、窒化物半導体のクラック発生を抑えながら、バッファ層の超格子の界面および窒化物半導体の表面を原子層レベルで平坦化することが可能であることを見出した。逆に、ｘおよびｙの値によっては、超格子の界面や窒化物半導体の表面が荒れたり、窒化物半導体にクラックが発生したりしてしまうことも分かった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、基板と、前記基板上に形成され、ＡｌxＧａ1-xＮ（０．５≦ｘ≦１）から成る第１のバッファ層と、ＡｌyＧａ1-yＮ（０．０１≦ｙ≦０．２）から成る第２のバッファ層とを交互に各々複数層を積層して形成されたＡｌＮ系超格子バッファ層と、前記ＡｌＮ系超格子バッファ層上に形成された窒化物半導体層とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明であって、前記基板の熱膨張係数は、前記窒化物半導体層の熱膨張係数より小さいことを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明であって、前記第１のバッファ層の厚さは０．５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、前記第２のバッファ層の厚さは２ｎｍ以上８０ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の発明であって、前記窒化物半導体層の格子定数は、前記ＡｌＮ系超格子バッファ層の格子定数よりも大きいことを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、基板と、前記基板上に形成されたＡｌＮ系超格子バッファ層と、前記ＡｌＮ系超格子バッファ層の上に形成された窒化物半導体層とからなる窒化物半導体素子の製造方法であって、前記基板上に、ＡｌxＧａ1-xＮ（０．５≦ｘ≦１）の組成を持つ第１のバッファ層を形成するステップと、前記第１のバッファ層の上に、ＡｌyＧａ1-yＮ（０．０１≦ｙ≦０．２）の組成を持つ第２のバッファ層を形成するステップと、前記第１のバッファ層を形成するステップと前記第２のバッファ層を形成するステップを交互に繰り返して前記ＡｌＮ系超格子バッファ層を形成するステップとを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
以上に記述したように、本発明によれば、窒化物半導体と格子定数や熱膨張係数が大きく異なる基板、特に窒化物半導体よりも熱膨張係数が小さい基板上に、表面が原子層レベルで平滑で、しかも、クラックのない窒化物半導体を形成することができる。また、本発明によれば、界面が平滑で、しかも、結晶性の良いＡｌＮ系超格子バッファ層を作製することができる。窒化物半導体を使用した信頼性の高い電子デバイス・光デバイス等を作成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。
［実施例１］
図３は、本発明にかかる窒化物半導体素子の断面図を示す。この窒化物半導体素子においては、直径が３インチで、（１１１）から±５度以内の主方位面を持つシリコン基板３１上に、ＡｌＮ系超格子バッファ層１２が形成されている。このバッファ層３２は、厚さが５ｎｍのＡｌＮから成る第１のバッファ層３２ａおよび厚さが２０ｎｍのＡｌ0.04Ｇａ0.96Ｎから成る第２のバッファ層３２ｂを、各々交互に２０層積ずつ積層して構成されている。さらに、このバッファ層３２の上に、厚さが１μｍのＧａＮから成る窒化物半導体層３３を形成した。
【００１８】
図４は、上述の窒化物半導体層の表面の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）による像を示す。観察した表面は極めて滑らかで、単原子層からなるしま模様状のステップが明瞭に観察され、ＲＭＳ粗さは０．１ｎｍであった。また、光学顕微鏡により窒化物半導体層３３の表面を観察したところ、直径３インチのシリコン基板の全面にわたってクラックは存在しなかった。
【００１９】
図５は、この窒化物半導体層３３のＨＲ−ＸＲＤによるθ−２θスキャンチャートを示す。窒化物半導体３３のＧａＮから発生する鋭いピークと共に、ＡｌＮ系超格子バッファ層３２から発生する５〜６次までにわたるサテライトピークが明瞭に観察されている。これは、第１のバッファ層３２ａおよび第２のバッファ層３２ｂの結晶性が高く、しかもこの２つの層の界面が非常に平坦であることを示している。第２のバッファ層３２ｂをＧａＮではなく、Ａｌを４％含むＡｌ0.04Ｇａ0.96Ｎとすることにより、ＡｌＮから成る第１のバッファ層３２ａに対する第２のバッファ層の濡れ性が良くなったために、このような界面の平坦性を向上させる効果を得ることができる。
【００２０】
［実施例２］
本実施例においては、図３と同様な構造の窒化物半導体素子において、ＡｌyＧａ1-yＮから成る第２のバッファ層３２ｂのＡｌ組成ｙを様々に変化させた。そして、ＧａＮから成る窒化物半導体層３３の表面のＲＭＳ粗さをＡＦＭによって、また、クラックの密度を光学顕微鏡によって、それぞれ評価をした。
【００２１】
図６は、窒化物半導体層の表面のＲＭＳ粗さと第２のバッファ層のＡｌ組成ｙとの関係を示す。ｙの値が０．０１以上の場合おいて、ＲＭＳ粗さは０．３ｎｍ以下となっており、原子層レベルで滑らかな窒化物半導体３３の表面が得られていることが分かる。実施例１において記述したように、第２のバッファ層３２ｂが十分な組成（０．０１以上）のＡｌを含むことによって、第１のバッファ層３２ａおよび第２のバッファ層３２ｂの間の濡れ性がよくなり、お互いの界面が平滑になっている。その平滑さがそのままバッファ層３２の上の窒化物半導体層３３に受け継がれ、原子層レベルで滑らかな窒化物半導体層３３の表面が得られる。
【００２２】
図７は、窒化物半導体層表面のクラック密度と第２のバッファ層のＡｌ組成ｙとの関係を示す。ｙの値が０から０．２の範囲の場合、３インチ径の全面積にわたって窒化物半導体層表面には、クラックは存在しなかった。ところが、ｙの値が０．２よりも大きくなると、クラック密度は急激に大きくなった。この理由は、第１のバッファ層３２ａの格子定数と第２のバッファ層３２ｂの格子定数の差が小さくなり過ぎて、ＧａＮから成る窒化物半導体層３３およびシリコン基板３１の間の熱膨張係数差による歪を、効果的に分散することができなくなるためである。
【００２３】
以上述べたように、原子層レベルで、平坦で、しかも、クラックのない窒化物半導体層を得るためには、第２のバッファ層３２ｂのＡｌyＧａ1-yＮのＡｌ組成ｙが、少なくとも０．０１≦ｙ≦０．２の範囲にあることが望ましい。
【００２４】
なお、ＧａＮから成る窒化物半導体３３は、ＡｌＮ系超格子バッファ層３２よりも格子定数が大きい。この場合、窒化物半導体層３３の成長中には、この窒化物半導体層内に圧縮歪が生じる。成長工程を終了した後の冷却過程においては、前述したようにシリコン基板との間の熱膨張係数差により、ＧａＮ窒化物半導体には引っ張り歪が生じる。成長中に生じた前述の圧縮歪はこの引っ張り歪の一部を相殺し、クラック発生を抑止するように作用する。同様な歪の相殺効果は、格子定数がＡｌＮ系超格子バッファ層３２よりも大きくなるような組成範囲を持つＡｌaＢbＧａcＩｎ1-a-b-cＮを窒化物半導体層３３として用いる場合でも得られる。この場合も、図６、図７に示したような、表面のＲＭＳ粗さおよびクラック密度と、第２のバッファ層３２ｂのＡｌ組成ｙとの関係が得られた。
【００２５】
また、第１のバッファ層３２ａと第２のバッファ層３２ｂの厚さについて考えると、薄すぎる場合には熱膨張係数差に起因する歪のエネルギーをＡｌＮ系超格子バッファ層３２中で効果的に分散することが出来ず、クラックが発生してしまう。逆に、厚過ぎる場合には成長中に格子緩和が起こり、貫通転位が増える結果となってしまう。詳細な検討を行った結果、第１のバッファ層３２ａの厚さは０．５ｎｍ以上１００ｎｍ以下、第２のバッファ層３２ｂの厚さは２ｎｍ以上８０ｎｍ以下であることが望ましいことが分かった。上記の厚さの範囲内では、窒化物半導体３３の表面にはクラックは全くなく、貫通転位密度は６×１０7ｃｍ-2以下であった。したがって、窒化物半導体を用いた電子素子や発光素子の高品質な構成材料として使用することができる。
【００２６】
［実施例３］
次に、本実施例においては、図３と同様な構成の窒化物半導体素子において、第１のバッファ層のＡｌの組成ｘについて検討する。直径が３インチで、（１１１）から±５度以内の主方位面を持つシリコン基板３１上に、ＡｌＮ系超格子バッファ層３２が形成された。バッファ層３２は、厚さが５ｎｍのＡｌxＧａ1-xＮから成る第１のバッファ層３２ａおよび厚さが２０ｎｍのＡｌ0.01Ｇａ0.99Ｎから成る第２のバッファ層３２ｂを、各々２０層ずつ交互に積層し構成した。さらに、バッファ層３２に上に、厚さが１μｍのＧａＮから成る窒化物半導体層３３を形成した。本実施例においては、第１のバッファ層３２ａのＡｌ組成ｘを様々に変化させた。
【００２７】
図８は、窒化物半導体層の表面のＲＭＳ粗さおよび第１のバッファ層３２ａのＡｌ組成ｘの関係を示す。ｘの値に関係なく、ＲＭＳ粗さが０．３ｎｍ以下となっており、原子層レベルで滑らかなＧａＮ窒化物半導体層３３の表面が得られている。すなわち、Ａｌ0.01Ｇａ0.99Ｎから成る第２のバッファ層３２ｂのＡｌ組成は０．０１であり、実施例２において述べた０．０１≦ｙ≦０．２の好適な範囲内にあるため、第１のバッファ層３２ａのＡｌxＧａ1-xＮのＡｌ組成ｘに関係なく、平滑な表面が得られる。
【００２８】
図９は、窒化物半導体層の表面のクラック密度および第１のバッファ層３２ａのＡｌ組成ｘの関係を示す。ｘの値が０．５から１の範囲において、３インチ径のシリコン基板全面積にわたってクラックは存在しなかった。ところが、ｘの値が０．５よりも小さくなると、クラック密度が急激に大きくなっている。この理由は、実施例２と同様に、ｘの値が０．５よりも小さくなると、第１のバッファ層３２ａの格子定数および第２のバッファ層３２ｂの格子定数の差が小さくなり過ぎて、窒化物半導体層３３およびシリコン基板３１の間の熱膨張係数差による歪を、効果的に分散することができなくなるためである。
【００２９】
以上述べたように、原子層レベルで平坦であり、しかも、クラックのない窒化物半導体を得るために、第１のバッファ層３２ａのＡｌxＧａ1-xＮのＡｌ組成ｘは、少なくとも０．５≦ｘ≦１の範囲にあることが望ましい。
【００３０】
なお、実施例２の場合と同様に、窒化物半導体層３３として、ＡｌＮ系超格子バッファ層３２よりも格子定数が大きな窒化物半導体ＡｌaＢbＧａcＩｎ1-a-b-cＮを用いた場合でも、図９に示したように、表面のＲＭＳ粗さおよびクラック密度と、第１のバッファ層３２ａのＡｌxＧａ1-xＮのＡｌ組成ｘとの関係が得られた。また、第１のバッファ層３２ａの厚さが０．５ｎｍ以上１００ｎｍ以下、および、第２のバッファ層３２ｂの厚さが２ｎｍ以上８０ｎｍ以下の範囲にあることが望ましい。
【００３１】
実施例１から実施例３においては基板としてシリコンを用いたが、これに限るものではない。基板と窒化物半導体層との熱膨張係数に差異がある場合に、本発明の構成による窒化物半導体素子により、表面が原子層レベルで平滑であり、しかも、クラックのない窒化物半導体素子を形成することができる。特に、窒化物半導体よりも熱膨張係数が小さい基板、例えば、炭化珪素（ＳｉＣ）等を用いた場合に、本発明の効果は高い。
【００３２】
［窒化物半導体素子の製造方法］
以下、本発明の窒化物半導体素子の製造方法の一例を記述する。本発明においては、一般の結晶成長装置、すなわち、液層成長装置や気相成長装置を用いることができる。結晶品質、薄膜の膜厚制御性、大量生産性、または、大面積化への適応性等を考えると、有機金属気相成長法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ）を用いることにより、本発明の効果を特に発揮できる。製造方法は以下の手順の通りである。
１．直径が３インチで、（１１１）から±５度以内に主方位面を持つシリコン基板を、アセトンやアルコール類のような有機溶媒中で超音波洗浄した後、ＭＯＣＶＤ装置の反応炉内に設置する。
２．基板温度を１０００〜１２００℃に上げ、キャリアガスとして少なくとも水素を流しながら基板をクリーニングする。この工程において、シリコン基板の自然酸化膜が除去され、清浄なシリコンの表面が得られる。
３．引続き、基板温度を７００〜１２００℃に変化させ、原料ガスであるアンモニア、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、および、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を適量流し、第１のバッファ層であるＡｌxＧａ1-xＮ（０．５≦ｘ≦１）を０．５ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚さで堆積させる。なお、第１のバッファ層がＡｌＮ（すなわち、ｘ＝１）でない場合、シリコンの表面がＴＭＧと反応しないように、５〜１００ｎｍの厚さのＡｌＮをまず成長させてから、第１のバッファ層を堆積させるとさらに好ましい結果が得られる。
４．引続き、アンモニア、ＴＭＧおよびＴＭＡの流量を適宜変化させ、第２のバッファ層であるＡｌyＧａ1-yＮ（０．０１≦ｙ≦０．２）を２ｎｍ以上８０ｎｍ以下の厚さで堆積させる。
５．同様にして、第１のバッファ層と第２のバッファ層を交互に１０〜１００層積層し、ＡｌＮ系超格子バッファ層を形成する。
６．最後に、原料ガスとして、アンモニア、ＴＭＡ、ＴＭＧ、トリエチルボロン、および、トリメチルインジウム等を反応炉内に流して、窒化物半導体ＡｌaＢbＧａcＩｎ1-a-b-cＮを成長させる。この時、すべての原料ガスの流量を適宜調整して、窒化物半導体ＡｌaＢbＧａcＩｎ1-a-b-cＮの格子定数が前記ＡｌＮ系超格子バッファ層の格子定数よりも大きくなるように、各ＩＩＩ族元素の組成ａ、ｂ、ｃを調整する。
【００３３】
以上、詳細に述べたように、本発明によれば、窒化物半導体と格子定数や熱膨張係数が大きく異なる基板、特に窒化物半導体よりも熱膨張係数が小さい基板上に、表面が原子層レベルで平滑で、しかも、クラックのない窒化物半導体を形成することができる。また、本発明によれば、界面が平滑で、しかも、結晶性の良いＡｌＮ系超格子バッファ層を作製することができる。窒化物半導体を使用した信頼性の高い電子デバイス・光デバイス等を作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】従来の窒化物半導体素子の断面図である。
【図２】従来の窒化物半導体素子のＨＲ−ＸＲＤによるθ−２θスキャンチャートである。
【図３】実施例１にかかる窒化物半導体素子の断面図である。
【図４】実施例１のＧａＮ窒化物半導体層の表面のＡＦＭ像である。
【図５】実施例１にかかる窒化物半導体素子のＨＲ−ＸＲＤによるθ−２θスキャンチャートである。
【図６】窒化物半導体層の表面のＲＭＳ粗さおよび第２のバッファ層のＡｌ組成ｙの関係を示す図である。
【図７】窒化物半導体層の表面のクラック密度および第２のバッファ層のＡｌ組成ｙの関係を示す図である。
【図８】窒化物半導体層の表面のＲＭＳ粗さおよび第１のバッファ層のＡｌ組成ｘの関係を示す図である。
【図９】窒化物半導体層の表面のクラック密度および第２のバッファ層のＡｌ組成ｘの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１１、３１ シリコン基板
１２、３２ ＡｌＮ系超格子バッファ層
１２ａ、３２ａ 第１のバッファ層
１２ｂ、３２ｂ 第２のバッファ層
１３、３３ 窒化物半導体層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体素子およびその製造方法に関する。より詳細には、窒化物半導体と熱膨張係数の異なる基板上に作製した、表面が平滑でクラックのない高品質な窒化物半導体素子、および、その製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体は、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、もしくはＩｎ等のＩＩＩ 族元素のうちの少なくとも一つ以上の元素ならびにＶ族元素である窒素の化合物である。一般式は、ＡｌaＢbＧａcＩｎ1-a-b-cＮ（０≦ａ≦１，０≦ｂ≦１，０≦ｃ≦１）により表される。窒化物半導体は、電界効果トランジスタ等の電子デバイス、または、可視光領域から紫外光領域の短波長帯における発光デバイスの活性材料として、近年盛んに研究および技術開発が行われている。一般的に、これらの窒化物半導体は、サファイア、窒化珪素、シリコン等の異種基板の上にヘテロエピタキシー技術を使用して作製される。特にシリコン基板は、大面積である、結晶性が良い、放熱性に優れる、へき開が容易である、プロセス技術が成熟している、さらに、低価格であるなどの多くの魅力的な特徴を備えている。
【０００３】
しかしながら、窒化物半導体およびシリコン基板では、格子定数や熱膨張係数が大きく異なる。このため、シリコン基板上に作製された窒化物半導体には、クラック（ミクロンサイズの幅の割れ）や貫通転位等の欠陥が多数存在するという問題があった。特に、窒化物半導体の熱膨張係数は、シリコン基板に比較して非常に大きい。このため、高温の結晶成長工程から室温にまで冷却する過程において、窒化物半導体に大きな引っ張り歪が生じ、高密度のクラックが発生することが大きな問題となっていた。
そこで、シリコン基板および窒化物半導体層の間にバッファ層を挿入し、上述したクラックや貫通転位を低減することが通例となっている。このようなバッファ層の例として、ＡｌＮから成る第１のバッファ層およびＧａＮから成る第２のバッファ層を交互に複数積層した超格子状の多層膜（以下、ＡｌＮ系格子バッファ層とする）が提案されている(非特許文献１)。
【０００４】
【非特許文献１】H. Ishikawa et al., Physical Status Solidi, vol. 0 (2003) pp. 2177-2180.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の非特許文献１においては、バッファ層の第１のバッファ層としてはＡｌＮを用い、第２のバッファ層としてＧａＮ を用いることが開示されている。しかしながら、上記の非特許文献１においては、形成される窒化物半導体の表面の平坦性およびクラック発生の防止を両立する最適な条件については、十分に開示されていない。
【０００６】
図１は、従来技術による窒化物半導体素子の断面図である。この本窒化物半導体素子において、ＡｌＮ系超格子バッファ層の組成は、第１のバッファ層はＡｌxＧａ1-xＮとし、第２のバッファ層はＡｌyＧａ1-yＮと表す。図１に示すように、（１１１）の主方位面を有する３インチ径のシリコン基板１１上に、ＡｌＮ（すなわち、ｘ＝１）から成り５ｎｍの厚さを持つ第１のバッファ層１２ａが形成されている。さらに、第１のバッファ層の上にはＧａＮ（すなわち、ｙ＝０）から成り２０ｎｍの厚さを持つ第２のバッファ層１２ｂが形成されている。第１のバッファ層および第２のバッファ層を各々２０層ずつ交互に積層して、ＡｌＮ系超格子バッファ層１２が構成される。さらに、このバッファ層１２の上に、１μｍの厚さのＧａＮから成る窒化物半導体層１３を成長させた。
【０００７】
図２は、上述の窒化物半導体素子の高分解能Ｘ線回折装置（ＨＲ−ＸＲＤ）によるθ−２θスキャンチャートを示す。当業者にはよく知られているように、このスキャンチャートによって、バッファ層１２における超格子層の界面状態を把握することが出来る。バッファ層１２内の各界面が原子層レベルで平滑な超格子である場合には、サテライトピークが観測される。図２においては、０次ピークのみしか観察されず、サテライトピークはほとんど見られない（後述する図５と比較することにより理解される）。すなわち、ＡｌＮ系超格子バッファ層１２内における第１のバッファ層１２ａ（ＡｌＮ）および第２のバッファ層１２ｂ（ＧａＮ）の界面が荒れていることが分かった。一方、ＧａＮから成る窒化物半導体層１３の表面を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で観察したところ、確かにクラックは全くなかったが、平均二乗根（ＲＭＳ）粗さは１５ｎｍもあった。
【０００８】
次に、上述の図１と同じ構成において、バッファ層１２である第１のバッファ層および第２のバッファ層の組成をそれぞれ変化させた。すなわち、（１１１）の主方位面を有する３インチ径のシリコン基板１１上に、５ｎｍの厚さのＡｌＮ（すなわち、ｘ＝１）から成る第１のバッファ層１２ａを形成し、さらに２０ｎｍの厚さのＡｌ0.7Ｇａ0.3Ｎ（すなわち、ｙ＝０．７）から成る第２のバッファ層１２ｂを形成した。この第１のバッファ層および第２のバッファ層を、各々２０層ずつ交互に積層してＡｌＮ系超格子バッファ層１２を構成した。さらに、このバッファ層１２の上に１μｍの厚さのＧａＮから成る窒化物半導体層１３を成長させた。この窒化物半導体層１３の表面を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で観察したところ、平均二乗根（ＲＭＳ）粗さは０．２５ｎｍであり、原子層レベルにおいて平滑であった。ところが、この窒化物半導体層１３表面には高密度のクラックが発生していた。
【０００９】
以上述べたように、シリコン基板上に、表面が平滑で、しかも、クラックのない窒化物半導体を得るためには、ＡｌＮ系超格子バッファ層において、ＡｌxＧａ1-xＮから成る第１のバッファ層のＡｌ組成ｘおよびＡｌyＧａ1-yＮから成る第２のバッファ層のＡｌ組成ｙが大きな影響を与えるにも関わらず、その詳細は明らかではなかった。
【００１０】
本発明においては、これら第１のバッファ層および第２のバッファ層のＡｌ組成ｘおよびｙに関して、その値を厳密に規定することにより、窒化物半導体のクラック発生を抑えながら、バッファ層の超格子の界面および窒化物半導体の表面を原子層レベルで平坦化することが可能であることを見出した。逆に、ｘおよびｙの値によっては、超格子の界面や窒化物半導体の表面が荒れたり、窒化物半導体にクラックが発生したりしてしまうことも分かった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、基板と、前記基板上に形成され、ＡｌxＧａ1-xＮ（０．５≦ｘ≦１）から成る第１のバッファ層と、ＡｌyＧａ1-yＮ（０．０１≦ｙ≦０．２）から成る第２のバッファ層とを交互に各々複数層を積層して形成されたＡｌＮ系超格子バッファ層と、前記ＡｌＮ系超格子バッファ層上に形成された窒化物半導体層とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明であって、前記基板の熱膨張係数は、前記窒化物半導体層の熱膨張係数より小さいことを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明であって、前記第１のバッファ層の厚さは０．５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、前記第２のバッファ層の厚さは２ｎｍ以上８０ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の発明であって、前記窒化物半導体層の格子定数は、前記ＡｌＮ系超格子バッファ層の格子定数よりも大きいことを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、基板と、前記基板上に形成されたＡｌＮ系超格子バッファ層と、前記ＡｌＮ系超格子バッファ層の上に形成された窒化物半導体層とからなる窒化物半導体素子の製造方法であって、前記基板上に、ＡｌxＧａ1-xＮ（０．５≦ｘ≦１）の組成を持つ第１のバッファ層を形成するステップと、前記第１のバッファ層の上に、ＡｌyＧａ1-yＮ（０．０１≦ｙ≦０．２）の組成を持つ第２のバッファ層を形成するステップと、前記第１のバッファ層を形成するステップと前記第２のバッファ層を形成するステップを交互に繰り返して前記ＡｌＮ系超格子バッファ層を形成するステップとを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
以上に記述したように、本発明によれば、窒化物半導体と格子定数や熱膨張係数が大きく異なる基板、特に窒化物半導体よりも熱膨張係数が小さい基板上に、表面が原子層レベルで平滑で、しかも、クラックのない窒化物半導体を形成することができる。また、本発明によれば、界面が平滑で、しかも、結晶性の良いＡｌＮ系超格子バッファ層を作製することができる。窒化物半導体を使用した信頼性の高い電子デバイス・光デバイス等を作成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。
［実施例１］
図３は、本発明にかかる窒化物半導体素子の断面図を示す。この窒化物半導体素子においては、直径が３インチで、（１１１）から±５度以内の主方位面を持つシリコン基板３１上に、ＡｌＮ系超格子バッファ層１２が形成されている。このバッファ層３２は、厚さが５ｎｍのＡｌＮから成る第１のバッファ層３２ａおよび厚さが２０ｎｍのＡｌ0.04Ｇａ0.96Ｎから成る第２のバッファ層３２ｂを、各々交互に２０層積ずつ積層して構成されている。さらに、このバッファ層３２の上に、厚さが１μｍのＧａＮから成る窒化物半導体層３３を形成した。
【００１８】
図４は、上述の窒化物半導体層の表面の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）による像を示す。観察した表面は極めて滑らかで、単原子層からなるしま模様状のステップが明瞭に観察され、ＲＭＳ粗さは０．１ｎｍであった。また、光学顕微鏡により窒化物半導体層３３の表面を観察したところ、直径３インチのシリコン基板の全面にわたってクラックは存在しなかった。
【００１９】
図５は、この窒化物半導体層３３のＨＲ−ＸＲＤによるθ−２θスキャンチャートを示す。窒化物半導体３３のＧａＮから発生する鋭いピークと共に、ＡｌＮ系超格子バッファ層３２から発生する５〜６次までにわたるサテライトピークが明瞭に観察されている。これは、第１のバッファ層３２ａおよび第２のバッファ層３２ｂの結晶性が高く、しかもこの２つの層の界面が非常に平坦であることを示している。第２のバッファ層３２ｂをＧａＮではなく、Ａｌを４％含むＡｌ0.04Ｇａ0.96Ｎとすることにより、ＡｌＮから成る第１のバッファ層３２ａに対する第２のバッファ層の濡れ性が良くなったために、このような界面の平坦性を向上させる効果を得ることができる。
【００２０】
［実施例２］
本実施例においては、図３と同様な構造の窒化物半導体素子において、ＡｌyＧａ1-yＮから成る第２のバッファ層３２ｂのＡｌ組成ｙを様々に変化させた。そして、ＧａＮから成る窒化物半導体層３３の表面のＲＭＳ粗さをＡＦＭによって、また、クラックの密度を光学顕微鏡によって、それぞれ評価をした。
【００２１】
図６は、窒化物半導体層の表面のＲＭＳ粗さと第２のバッファ層のＡｌ組成ｙとの関係を示す。ｙの値が０．０１以上の場合おいて、ＲＭＳ粗さは０．３ｎｍ以下となっており、原子層レベルで滑らかな窒化物半導体３３の表面が得られていることが分かる。実施例１において記述したように、第２のバッファ層３２ｂが十分な組成（０．０１以上）のＡｌを含むことによって、第１のバッファ層３２ａおよび第２のバッファ層３２ｂの間の濡れ性がよくなり、お互いの界面が平滑になっている。その平滑さがそのままバッファ層３２の上の窒化物半導体層３３に受け継がれ、原子層レベルで滑らかな窒化物半導体層３３の表面が得られる。
【００２２】
図７は、窒化物半導体層表面のクラック密度と第２のバッファ層のＡｌ組成ｙとの関係を示す。ｙの値が０から０．２の範囲の場合、３インチ径の全面積にわたって窒化物半導体層表面には、クラックは存在しなかった。ところが、ｙの値が０．２よりも大きくなると、クラック密度は急激に大きくなった。この理由は、第１のバッファ層３２ａの格子定数と第２のバッファ層３２ｂの格子定数の差が小さくなり過ぎて、ＧａＮから成る窒化物半導体層３３およびシリコン基板３１の間の熱膨張係数差による歪を、効果的に分散することができなくなるためである。
【００２３】
以上述べたように、原子層レベルで、平坦で、しかも、クラックのない窒化物半導体層を得るためには、第２のバッファ層３２ｂのＡｌyＧａ1-yＮのＡｌ組成ｙが、少なくとも０．０１≦ｙ≦０．２の範囲にあることが望ましい。
【００２４】
なお、ＧａＮから成る窒化物半導体３３は、ＡｌＮ系超格子バッファ層３２よりも格子定数が大きい。この場合、窒化物半導体層３３の成長中には、この窒化物半導体層内に圧縮歪が生じる。成長工程を終了した後の冷却過程においては、前述したようにシリコン基板との間の熱膨張係数差により、ＧａＮ窒化物半導体には引っ張り歪が生じる。成長中に生じた前述の圧縮歪はこの引っ張り歪の一部を相殺し、クラック発生を抑止するように作用する。同様な歪の相殺効果は、格子定数がＡｌＮ系超格子バッファ層３２よりも大きくなるような組成範囲を持つＡｌaＢbＧａcＩｎ1-a-b-cＮを窒化物半導体層３３として用いる場合でも得られる。この場合も、図６、図７に示したような、表面のＲＭＳ粗さおよびクラック密度と、第２のバッファ層３２ｂのＡｌ組成ｙとの関係が得られた。
【００２５】
また、第１のバッファ層３２ａと第２のバッファ層３２ｂの厚さについて考えると、薄すぎる場合には熱膨張係数差に起因する歪のエネルギーをＡｌＮ系超格子バッファ層３２中で効果的に分散することが出来ず、クラックが発生してしまう。逆に、厚過ぎる場合には成長中に格子緩和が起こり、貫通転位が増える結果となってしまう。詳細な検討を行った結果、第１のバッファ層３２ａの厚さは０．５ｎｍ以上１００ｎｍ以下、第２のバッファ層３２ｂの厚さは２ｎｍ以上８０ｎｍ以下であることが望ましいことが分かった。上記の厚さの範囲内では、窒化物半導体３３の表面にはクラックは全くなく、貫通転位密度は６×１０7ｃｍ-2以下であった。したがって、窒化物半導体を用いた電子素子や発光素子の高品質な構成材料として使用することができる。
【００２６】
［実施例３］
次に、本実施例においては、図３と同様な構成の窒化物半導体素子において、第１のバッファ層のＡｌの組成ｘについて検討する。直径が３インチで、（１１１）から±５度以内の主方位面を持つシリコン基板３１上に、ＡｌＮ系超格子バッファ層３２が形成された。バッファ層３２は、厚さが５ｎｍのＡｌxＧａ1-xＮから成る第１のバッファ層３２ａおよび厚さが２０ｎｍのＡｌ0.01Ｇａ0.99Ｎから成る第２のバッファ層３２ｂを、各々２０層ずつ交互に積層し構成した。さらに、バッファ層３２に上に、厚さが１μｍのＧａＮから成る窒化物半導体層３３を形成した。本実施例においては、第１のバッファ層３２ａのＡｌ組成ｘを様々に変化させた。
【００２７】
図８は、窒化物半導体層の表面のＲＭＳ粗さおよび第１のバッファ層３２ａのＡｌ組成ｘの関係を示す。ｘの値に関係なく、ＲＭＳ粗さが０．３ｎｍ以下となっており、原子層レベルで滑らかなＧａＮ窒化物半導体層３３の表面が得られている。すなわち、Ａｌ0.01Ｇａ0.99Ｎから成る第２のバッファ層３２ｂのＡｌ組成は０．０１であり、実施例２において述べた０．０１≦ｙ≦０．２の好適な範囲内にあるため、第１のバッファ層３２ａのＡｌxＧａ1-xＮのＡｌ組成ｘに関係なく、平滑な表面が得られる。
【００２８】
図９は、窒化物半導体層の表面のクラック密度および第１のバッファ層３２ａのＡｌ組成ｘの関係を示す。ｘの値が０．５から１の範囲において、３インチ径のシリコン基板全面積にわたってクラックは存在しなかった。ところが、ｘの値が０．５よりも小さくなると、クラック密度が急激に大きくなっている。この理由は、実施例２と同様に、ｘの値が０．５よりも小さくなると、第１のバッファ層３２ａの格子定数および第２のバッファ層３２ｂの格子定数の差が小さくなり過ぎて、窒化物半導体層３３およびシリコン基板３１の間の熱膨張係数差による歪を、効果的に分散することができなくなるためである。
【００２９】
以上述べたように、原子層レベルで平坦であり、しかも、クラックのない窒化物半導体を得るために、第１のバッファ層３２ａのＡｌxＧａ1-xＮのＡｌ組成ｘは、少なくとも０．５≦ｘ≦１の範囲にあることが望ましい。
【００３０】
なお、実施例２の場合と同様に、窒化物半導体層３３として、ＡｌＮ系超格子バッファ層３２よりも格子定数が大きな窒化物半導体ＡｌaＢbＧａcＩｎ1-a-b-cＮを用いた場合でも、図９に示したように、表面のＲＭＳ粗さおよびクラック密度と、第１のバッファ層３２ａのＡｌxＧａ1-xＮのＡｌ組成ｘとの関係が得られた。また、第１のバッファ層３２ａの厚さが０．５ｎｍ以上１００ｎｍ以下、および、第２のバッファ層３２ｂの厚さが２ｎｍ以上８０ｎｍ以下の範囲にあることが望ましい。
【００３１】
実施例１から実施例３においては基板としてシリコンを用いたが、これに限るものではない。基板と窒化物半導体層との熱膨張係数に差異がある場合に、本発明の構成による窒化物半導体素子により、表面が原子層レベルで平滑であり、しかも、クラックのない窒化物半導体素子を形成することができる。特に、窒化物半導体よりも熱膨張係数が小さい基板、例えば、炭化珪素（ＳｉＣ）等を用いた場合に、本発明の効果は高い。
【００３２】
［窒化物半導体素子の製造方法］
以下、本発明の窒化物半導体素子の製造方法の一例を記述する。本発明においては、一般の結晶成長装置、すなわち、液層成長装置や気相成長装置を用いることができる。結晶品質、薄膜の膜厚制御性、大量生産性、または、大面積化への適応性等を考えると、有機金属気相成長法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ）を用いることにより、本発明の効果を特に発揮できる。製造方法は以下の手順の通りである。
１．直径が３インチで、（１１１）から±５度以内に主方位面を持つシリコン基板を、アセトンやアルコール類のような有機溶媒中で超音波洗浄した後、ＭＯＣＶＤ装置の反応炉内に設置する。
２．基板温度を１０００〜１２００℃に上げ、キャリアガスとして少なくとも水素を流しながら基板をクリーニングする。この工程において、シリコン基板の自然酸化膜が除去され、清浄なシリコンの表面が得られる。
３．引続き、基板温度を７００〜１２００℃に変化させ、原料ガスであるアンモニア、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、および、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を適量流し、第１のバッファ層であるＡｌxＧａ1-xＮ（０．５≦ｘ≦１）を０．５ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚さで堆積させる。なお、第１のバッファ層がＡｌＮ（すなわち、ｘ＝１）でない場合、シリコンの表面がＴＭＧと反応しないように、５〜１００ｎｍの厚さのＡｌＮをまず成長させてから、第１のバッファ層を堆積させるとさらに好ましい結果が得られる。
４．引続き、アンモニア、ＴＭＧおよびＴＭＡの流量を適宜変化させ、第２のバッファ層であるＡｌyＧａ1-yＮ（０．０１≦ｙ≦０．２）を２ｎｍ以上８０ｎｍ以下の厚さで堆積させる。
５．同様にして、第１のバッファ層と第２のバッファ層を交互に１０〜１００層積層し、ＡｌＮ系超格子バッファ層を形成する。
６．最後に、原料ガスとして、アンモニア、ＴＭＡ、ＴＭＧ、トリエチルボロン、および、トリメチルインジウム等を反応炉内に流して、窒化物半導体ＡｌaＢbＧａcＩｎ1-a-b-cＮを成長させる。この時、すべての原料ガスの流量を適宜調整して、窒化物半導体ＡｌaＢbＧａcＩｎ1-a-b-cＮの格子定数が前記ＡｌＮ系超格子バッファ層の格子定数よりも大きくなるように、各ＩＩＩ族元素の組成ａ、ｂ、ｃを調整する。
【００３３】
以上、詳細に述べたように、本発明によれば、窒化物半導体と格子定数や熱膨張係数が大きく異なる基板、特に窒化物半導体よりも熱膨張係数が小さい基板上に、表面が原子層レベルで平滑で、しかも、クラックのない窒化物半導体を形成することができる。また、本発明によれば、界面が平滑で、しかも、結晶性の良いＡｌＮ系超格子バッファ層を作製することができる。窒化物半導体を使用した信頼性の高い電子デバイス・光デバイス等を作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】従来の窒化物半導体素子の断面図である。
【図２】従来の窒化物半導体素子のＨＲ−ＸＲＤによるθ−２θスキャンチャートである。
【図３】実施例１にかかる窒化物半導体素子の断面図である。
【図４】実施例１のＧａＮ窒化物半導体層の表面のＡＦＭ像である。
【図５】実施例１にかかる窒化物半導体素子のＨＲ−ＸＲＤによるθ−２θスキャンチャートである。
【図６】窒化物半導体層の表面のＲＭＳ粗さおよび第２のバッファ層のＡｌ組成ｙの関係を示す図である。
【図７】窒化物半導体層の表面のクラック密度および第２のバッファ層のＡｌ組成ｙの関係を示す図である。
【図８】窒化物半導体層の表面のＲＭＳ粗さおよび第１のバッファ層のＡｌ組成ｘの関係を示す図である。
【図９】窒化物半導体層の表面のクラック密度および第２のバッファ層のＡｌ組成ｘの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１１、３１ シリコン基板
１２、３２ ＡｌＮ系超格子バッファ層
１２ａ、３２ａ 第１のバッファ層
１２ｂ、３２ｂ 第２のバッファ層
１３、３３ 窒化物半導体層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成され、ＡｌxＧａ1-xＮ（０．５≦ｘ≦１）から成る第１のバッファ層と、ＡｌyＧａ1-yＮ（０．０１≦ｙ≦０．２）から成る第２のバッファ層とを交互に各々複数層を積層して形成されたＡｌＮ系超格子バッファ層と、
前記ＡｌＮ系超格子バッファ層上に形成された窒化物半導体層と、
を備えたことを特徴とする窒化物半導体素子。
【請求項２】
前記基板の熱膨張係数は、前記窒化物半導体層の熱膨張係数より小さいことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項３】
前記第１のバッファ層の厚さは０．５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、前記第２のバッファ層の厚さは２ｎｍ以上８０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の窒化物半導体素子。
【請求項４】
前記窒化物半導体層の格子定数は、前記ＡｌＮ系超格子バッファ層の格子定数よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の窒化物半導体。
【請求項５】
基板と、前記基板上に形成されたＡｌＮ系超格子バッファ層と、前記ＡｌＮ系超格子バッファ層の上に形成された窒化物半導体層とからなる窒化物半導体素子の製造方法であって、
前記基板上に、ＡｌxＧａ1-xＮ（０．５≦ｘ≦１）の組成を持つ第１のバッファ層を形成するステップと、
前記第１のバッファ層の上に、ＡｌyＧａ1-yＮ（０．０１≦ｙ≦０．２）の組成を持つ第２のバッファ層を形成するステップと、
前記第１のバッファ層を形成するステップおよび前記第２のバッファ層を形成するステップを交互に繰り返して前記ＡｌＮ系超格子バッファ層を形成するステップと、
を備えたことを特徴とする窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成され、ＡｌxＧａ1-xＮ（０．５≦ｘ≦１）から成る第１のバッファ層と、ＡｌyＧａ1-yＮ（０．０１≦ｙ≦０．２）から成る第２のバッファ層とを交互に各々複数層を積層して形成されたＡｌＮ系超格子バッファ層と、
前記ＡｌＮ系超格子バッファ層上に形成された窒化物半導体層と、
を備えたことを特徴とする窒化物半導体素子。
【請求項２】
前記基板の熱膨張係数は、前記窒化物半導体層の熱膨張係数より小さいことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体素子。
【請求項３】
前記第１のバッファ層の厚さは０．５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、前記第２のバッファ層の厚さは２ｎｍ以上８０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の窒化物半導体素子。
【請求項４】
前記窒化物半導体層の格子定数は、前記ＡｌＮ系超格子バッファ層の格子定数よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載の窒化物半導体。
【請求項５】
基板と、前記基板上に形成されたＡｌＮ系超格子バッファ層と、前記ＡｌＮ系超格子バッファ層の上に形成された窒化物半導体層とからなる窒化物半導体素子の製造方法であって、
前記基板上に、ＡｌxＧａ1-xＮ（０．５≦ｘ≦１）の組成を持つ第１のバッファ層を形成するステップと、
前記第１のバッファ層の上に、ＡｌyＧａ1-yＮ（０．０１≦ｙ≦０．２）の組成を持つ第２のバッファ層を形成するステップと、
前記第１のバッファ層を形成するステップおよび前記第２のバッファ層を形成するステップを交互に繰り返して前記ＡｌＮ系超格子バッファ層を形成するステップと、
を備えたことを特徴とする窒化物半導体素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図４】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図４】
【公開番号】特開２００７−６７０７７（Ｐ２００７−６７０７７Ａ）
【公開日】平成１９年３月１５日（２００７．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２４９５２７（Ｐ２００５−２４９５２７）
【出願日】平成１７年８月３０日（２００５．８．３０）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月１５日（２００７．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月３０日（２００５．８．３０）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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