(57)【要約】【課題】  窒化インジウム層を含む半導体装置であって、窒化インジウム層の酸化を防止した半導体装置を提供する。【解決手段】  サファイア基板（図示せず）の上にＧａＮよりなるバッファ層（図示せず）を介してＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎよりなる下地層１の上にＩｎＮ層２を形成し、当該ＩｎＮ層２の上に窒化シリコン（ＳｉＮｘ）層３が形成されたものである。この構成によれば、窒化シリコン層３は絶縁膜すなわち窒化絶縁膜であり、当該窒化物絶縁膜は空気中や水中においても酸素に侵されることなく安定であるので、ＩｎＮ層２が酸素と反応しにくくなる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層構造を有する半導体装置であって、
下地層と、前記基板の上に形成されたＧａｘＩｎ１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）層と、前記ＧａｘＩｎ１−ｘＮ層の上に形成された窒化物絶縁膜とを有する
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記窒化物絶縁膜は前記ＧａｘＩｎ１−ｘＮ層と異なる結晶構造または非晶質構造である
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記ＧａｘＩｎ１−ｘＮ層の伝導帯端は、前記下地層及び前記窒化物絶縁膜の伝導体端よりも低エネルギー側にある
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
前記下地層はＡｌｙＧａ１−ｙ−ｚＩｎｚＮ層（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）よりなる
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項５】
前記窒化物絶縁膜は結晶化ＳｉＮ膜である
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項６】
前記下地膜には不純物が添加されている
ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項７】
半導体装置の製造方法であって、
基板の上に下地層を形成する工程と、前記下地層の上にＧａｘＩｎ１−ｘＮ層を形成する工程と、前記ＧａｘＩｎ１−ｘＮ層の上に窒化物絶縁膜を形成する工程とを有し、
前記下地層の形成と前記ＧａｘＩｎ１−ｘＮ層の形成と前記窒化物絶縁膜の形成とは、前記半導体装置をひとつの炉から取り出すことなく一貫して行われる
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記窒化物絶縁膜は前記前記ＧａｘＩｎ１−ｘＮ層を結晶成長する温度よりも低温にて結晶成長されている
ことを特徴とする請求項７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
下地膜はその材料が有する最適成長温度よりも低温で成長されている
ことを特徴とする請求項７記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化インジウム層を含む半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化インジウムは窒化物ながら非常に禁制帯幅が狭く、しかも電子移動度が非常に高いため、それぞれの特徴は光デバイスおよび電子デバイスの実現において非常に有効である。
【０００３】
図３は、従来の窒化インジウム層を含む半導体装置を示す。この半導体装置は、例えば、以下に示される特許文献１及び特許文献２に記載されている。この半導体装置は、下地層１０１の上にＩｎＮ層１０２が形成されたものである。
【特許文献１】特開平１０−５１０７０号公報
【特許文献２】特開２０００−１９６１４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、窒化インジウムは酸素の影響を受けて酸化されやすく、かつ最適な成長条件も狭い。
その窒化インジウムをデバイスに応用した場合に、特に問題となるのは、酸素の影響である。インジウムと窒素における結合力は、他の窒化物半導体に比べると非常に弱い。またインジウムは酸化されやすく、酸素との不動態を形成してしまう。
【０００５】
一方、酸化防止膜として窒化インジウムの上に窒化ガリウムなどを成長した場合、成長温度の違いによって、窒化インジウム膜に熱的ダメージを与えてしまうことと、および窒化ガリウム自体は安定な材料であり、窒化ガリウム層自体のデバイスへの加工性に難点があるという課題を有する。
【０００６】
そこで、本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、窒化インジウム層を含む半導体装置であって、窒化インジウム層の酸化を防止した半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明の半導体装置は、積層構造を有する半導体装置であって、下地層と、前記基板の上に形成されたＧａｘＩｎ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）層と、前記ＧａｘＩｎ１−ｘＮ層の上に形成された窒化物絶縁膜とを有するものである。
【０００８】
本発明の半導体装置は、さらに窒化物絶縁膜がＧａｘＩｎ１−ｘＮ層と異なる結晶構造または非晶質構造であることが好ましい。
本発明の半導体装置は、さらにＧａｘＩｎ１−ｘＮ層の伝導帯端が、下地層及び窒化物絶縁膜の伝導体端よりも低エネルギー側にあることが好ましい。
【０００９】
本発明の半導体装置は、さらに下地層はＡｌｙＧａ１−ｙ−ｚＩｎｚＮ層（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）よりなることが好ましい。
本発明の半導体装置は、さらに窒化物絶縁膜は結晶化ＳｉＮ膜であることが好ましい。この好ましい構成によれば、結晶化ＳｉＮ膜は酸素を通さない程度に緻密な膜であるので、ＧａｘＩｎ１−ｘＮ層がいっそう酸素と反応しにくくなる。
【００１０】
本発明の半導体装置は、さらに下地膜には不純物が添加されていることが好ましい。下地膜のキャリアをＧａｘＩｎ１−ｘＮ層に落とし込むことができるからである。
【００１１】
本発明の半導体装置の製造方法は、基板の上に下地層を形成する工程と、前記下地層の上にＧａｘＩｎ１−ｘＮ層を形成する工程と、前記ＧａｘＩｎ１−ｘＮ層の上に窒化物絶縁膜を形成する工程とを有し、前記下地層の形成と前記ＧａｘＩｎ１−ｘＮ層の形成と前記窒化物絶縁膜の形成とは、前記半導体装置をひとつの炉から取り出すことなく一貫して行われるものである。
【００１２】
この構成により、ひとつの炉から取り出すことなくＧａｘＩｎ１−ｘＮ層から窒化物絶縁膜までを一貫して行われるので、ＧａｘＩｎ１−ｘＮ層を酸化させることなく半導体装置を形成させることができる。
【００１３】
本発明の半導体装置の製造方法は、さらに窒化物絶縁膜は前記ＧａｘＩｎ１−ｘＮ層を結晶成長する温度よりも低温にて結晶成長されていることが好ましい。この好ましい構成によれば前記ＧａｘＩｎ１−ｘＮ層に熱的ダメージを与えることを防止できる。
本発明の半導体装置の製造方法は、さらに下地膜はその材料が有する最適成長温度よりも低温で成長されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ＧａｘＩｎ１−ｘＮ層の酸化を防止することができる。
また、本発明によれば、炉内において一貫して成膜するため、ＧａｘＩｎ１−ｘＮ層と窒化物絶縁膜との間に酸素などの不純物が入ることはなく、ＧａｘＩｎ１−ｘＮ層そのものの物性を最大限に利用いたデバイスを実現することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施の形態について、図面を用いて以下に説明する。
本発明の半導体装置は、図１に示されるように、例えば、サファイア基板（図示せず）の上にＧａＮよりなるバッファ層（図示せず）を介してＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎよりなる下地層１の上にＩｎＮ層２を形成し、当該ＩｎＮ層２の上に窒化シリコン（ＳｉＮｘ）層３が形成されたものである。
【００１６】
この構成によれば、窒化シリコン層３は絶縁膜すなわち窒化絶縁膜であり、当該窒化物絶縁膜は空気中や水中においても酸素に侵されることなく安定であるので、ＩｎＮ層２が酸素と反応しにくくなる。特に窒化シリコン層は酸素を通さない程度に緻密な膜であるので、ＩｎＮ層２がいっそう酸素と反応しにくくなる。この窒化シリコン層として、結晶化ＳｉＮ層を用いればより緻密な膜になるのでＩｎＮ層２がさらに酸素と反応しにくくなる。
また、窒化シリコン膜はデバイス形成においてエッチング加工がしやすいという利点がある。
【００１７】
図２（ａ）及び（ｂ）は、図１に示される本発明の半導体装置の各層に関するバンドダイアグラムの模式図を示す。図２（ｂ）において、伝導帯端と価電子帯端との間はいわゆる禁制帯であり、その幅が大きいほど禁制帯幅（バンドギャップ）が大きい。図２（ｂ）より、ＩｎＮ膜２の伝導帯端のエネルギー位置は、下地層１及びＳｉＮ膜３の伝導帯端のエネルギー位置よりも低くなっていることがわかる。
【００１８】
本発明の半導体装置の製造方法を以下に説明する。
まず、反応炉（図示せず）の中にサファイア基板（図示せず）を投入し、分子線エピタキシャル成長法によりバッファ層（図示せず）、Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎよりなる下地層１を結晶成長する。続いて、分子線エピタキシャル成長法により下地層１の上にＩｎＮ層２を結晶成長する。このときの結晶成長温度は５５０℃である。次に、同じ反応炉内で窒化シリコン膜３をスパッタ法により形成する。このときの基板温度は５００℃である。
【００１９】
この半導体装置の製造方法によれば、ひとつの炉から取り出すことなくＩｎＮ層２からＳｉＮ膜３までを一貫して行われるので、ＩｎＮ層２を酸化させることなく半導体装置を形成させることができる。特に、ＳｉＮ膜３の形成温度がＩｎＮ層２の結晶成長温度よりも低いので、ＩｎＮ層２に対し熱的ダメージを与えないようにできる。
【００２０】
なお、上記実施の形態において、ＩｎＮ層２の代わりにＧａｘＩｎ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）層を用いても同様の効果が得られる。
【００２１】
また、ＳｉＮ膜の代わりにＴｉＮ膜等、他の窒化物絶縁膜を用いてもよい。窒化物絶縁膜としてＧａｘＩｎ１−ｘＮ層と異なる結晶構造または非晶質構造であるものを用いても良い。
また、下地層としてＡｌｙＧａ１−ｙ−ｚＩｎｚＮ層（０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）を用いてもよい。
【００２２】
また、上記半導体装置の製造方法として、下地層の材料が有する最適成長温度よりも低温で成長されてもよい。例えば、下地層がＧａＮやＡｌＮよりなるバッファ層であってもよい。ここでバッファ層とは、続いて結晶成長されるＡｌｙＧａ１−ｙ−ｚＩｎｚＮ結晶の結晶性を良好にするために、基板に形成される層のことであり、通常ＡｌｙＧａ１−ｙ−ｚＩｎｚＮ結晶の成長温度（５５０℃〜１１００℃）より低く、５００℃〜５５０℃でなされる。
【００２３】
なお、ＩｎＮ層２等のIII族窒化物半導体層の結晶成長方法として、分子線エピタキシャル成長法以外に、有機金属気相成長法またはハイドライド気相成長法を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明にかかる半導体装置は、半導体レーザや発光ダイオード、または電界効果トランジスタ等の電子デバイスに用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の半導体装置の断面図である。
【図２】本発明の半導体装置の各層に関するバンドダイアグラムの模式図である。
【図３】従来の半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  下地層
２  ＩｎＮ層
３  ＳｉＮ層
【図１】
2005079178.tif 000003
【図２】
2005079178.tif 000004
【図３】
2005079178.tif 000005