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シリコン基板上に結晶性の優れた窒化物半導体層を形成する方法および窒化物半導体発光素子

国内特許コード P04A004069
整理番号 U2002P058
掲載日 2004年4月28日
出願番号 特願2002-219871
公開番号 特開2004-063762
登録番号 特許第4320396号
出願日 平成14年7月29日(2002.7.29)
公開日 平成16年2月26日(2004.2.26)
登録日 平成21年6月12日(2009.6.12)
発明者
  • 伊藤 國雄
  • 中村 重之
出願人
  • 独立行政法人国立高等専門学校機構
発明の名称 シリコン基板上に結晶性の優れた窒化物半導体層を形成する方法および窒化物半導体発光素子
発明の概要

【課題】シリコン基板上に結晶性に優れた窒化物半導体を形成する方法を提供する。
【解決手段】それぞれシリコンとバッファ層上に形成しようとするIII族窒化物半導体との中間の格子定数を有するII-III-VI族化合物半導体、I-III-VI族化合物半導体およびII-IV-V族化合物半導体、並びに窒化ガリウム系窒化物半導体の中から選ばれる少なくと2種の化合物半導体を超格子構造を構成するように積層してバッファ層を形成する。その際シリコン基板に最も近い化合物半導体層は、シリコンに最も近い格子定数を有する化合物半導体で形成し、バッファ層の内最上層の化合物半導体層は、前記III族窒化物半導体に最も近い格子定数を有する化合物半導体で形成する。ついで、前記バッファ層上に前記III族窒化物半導体層を形成する。
【選択図】  図1

従来技術、競合技術の概要
窒化物半導体は、特に青色発光素子(発光ダイオードやレーザダイオード)の材料として近時多くの注目を集めている。かかる窒化物半導体発光素子は、適当な基板上に窒化物半導体からなる発光素子構造を成長させて製造されている。
【0003】
窒化物半導体は、これと格子整合し、しかも結晶性に優れた窒化物半導体を成長させるための基板となる材料がほとんどなく、現状では、主にサファイアを基板として用い、その上に窒化物半導体素子構造を成長させている。
【0004】
しかしながら、サファイアは高価であり、シリコンのように安価な材料を基板として用いて結晶性の優れた半導体窒化物が得られれば、その上に、結晶欠陥の少ない窒化物半導体発光構造をさらに成長させることができるので、得られる窒化物半導体発光素子の性能が一層向上することが期待される。
【0005】
ところで、シリコンの格子定数は、5.43Åであり、窒化物半導体、例えばInGaNの格子定数は3.3Åであり、両者の格子定数は大きく異なるため、シリコン基板上に結晶性の優れた窒化物半導体を直接成長させることは困難である。
【0006】
そこで、従来、シリコン基板上にバッファ層を形成してから、その上に所望の窒化物半導体を成長させることが行われている。例えば、特開平9-134878号公報には、シリコン基板上に、まずGa薄膜を形成し、このGa薄膜上に直接または窒化層を介してGaN等の窒化ガリウム系化合物半導体を成長させる方法が開示されている。また、特開平11-145514号公報には、シリコン基板等の上にインジウムを含む窒化ガリウム系半導体からなるバッファ層を形成した後、窒化ガリウム系半導体層を成長させる方法が開示されている。さらに、特開2000-298169号公報には、シリコン基板上にAlGaNからなるバッファ層を形成した後、AlGaNとInGaNとの交互積層構造の多層膜反射層を設ける方法が開示されている。
産業上の利用分野
本発明は、シリコン基板上に結晶性の優れた窒化物半導体層を形成する方法および窒化物半導体発光素子に関する。
特許請求の範囲 【請求項1】 それぞれシリコンとバッファ層上に形成しようとするIII族窒化物半導体との中間の格子定数を有するII-III-VI族化合物半導体、I-III-VI族化合物半導体およびII-IV-V族化合物半導体、並びに窒化ガリウム系窒化物半導体の4種の化合物半導体のうちの少なくとも2種の化合物半導体を超格子構造を構成するように積層してバッファ層を形成する工程であって、シリコン基板に最も近い化合物半導体層は、シリコンに最も近い格子定数を有する化合物半導体で形成し、バッファ層の内最上層の化合物半導体層は、前記III族窒化物半導体に最も近い格子定数を有する化合物半導体で形成するところの工程、および前記バッファ層上に前記III族窒化物半導体層を形成する工程を包含し、前記II-III-VI族化合物半導体は、ZnIn24、CdIn22Se2、ZnIn2Se4およびCdInGaS4からなる群の中から選ばれ、前記I-III-VI族化合物半導体は、CuGaS2、CuAlS2およびCuGaAlS2からなる群の中から選ばれ、前記II-IV-V族化合物半導体は、ZnSiP2およびZnGeP2からなる群の中から選ばれる、III族窒化物半導体の形成方法。
【請求項2】 シリコン基板と、該シリコン基板上に設けられたバッファ層と、該バッファ層上に形成されたIII族窒化物半導体層と、該III族窒化物半導体層上に設けられた窒化物半導体発光構造を備え、該バッファ層は、それぞれシリコンと該III族窒化物半導体との中間の格子定数を有するII-III-VI族化合物半導体、I-III-VI族化合物半導体およびII-IV-V族化合物半導体、並びに窒化ガリウム系窒化物半導体の4種の化合物半導体のうちの少なくとも2種の化合物半導体が超格子構造を構成するように積層されてなり、該バッファ層のうち、該シリコン基板に最も近い化合物半導体層は、シリコンに最も近い格子定数を有する化合物半導体で形成され、該バッファ層の内最上層の化合物半導体層は、該III族窒化物半導体に最も近い格子定数を有する化合物半導体で形成され、前記II-III-VI族化合物半導体は、ZnIn24、CdIn22Se2、ZnIn2Se4およびCdInGaS4からなる群の中から選ばれ、前記I-III-VI族化合物半導体は、CuGaS2、CuAlS2およびCuGaAlS2からなる群の中から選ばれ、前記II-IV-V族化合物半導体は、ZnSiP2およびZnGeP2からなる群の中から選ばれることを特徴とする窒化物半導体発光素子。
産業区分
  • 固体素子
  • 表面処理
  • 無機化合物
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2002219871thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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