(57)【要約】【課題】  ＴｉＮバッファ層を用いて、結晶性が良好で表面が平坦なIII族窒化物系化合物半導体からなる半導体素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】  半導体素子において、基板と、前記基板の上に形成された窒化チタンからなるバッファ層と、前記バッファ層の上に形成されたIII族窒化物系化合物半導体層とを備え、前記III族窒化物系化合物半導体層の膜厚を４μｍ以上、１０μｍ以下、前記バッファ層の膜厚を２０ｎｍ以上、２００ｎｍ以下とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上に形成されたＴｉＮからなるバッファ層と、
前記バッファ層の上に形成されたIII族窒化物系化合物半導体層とを備え、
前記III族窒化物系化合物半導体層の膜厚が4μm以上、10μm以下であり、
前記バッファ層の膜厚が20nm以上、200nm以下であることを特徴とする半導体素子。
【請求項２】
前記基板はサファイアからなることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子。
【請求項３】
基板の表面にＴｉＮからなるバッファ層を、基板温度-70℃以上、200℃以下で形成する第１の工程と、
前記バッファ層の表面にIII族窒化物系化合物半導体層を形成する第２の工程を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記III族窒化物系化合物半導体層の膜厚が4μm以上、10μm以下であることを特徴とする請求項３に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記バッファ層の膜厚が20nm以上、200nm以下であることを特徴とする請求項３または４に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項６】
前記バッファ層を形成する第１の工程の後、前記バッファ層の表面にIII族窒化物系化合物半導体層を形成する第２の工程の前に、前記バッファ層を窒化処理する工程を含むことを特徴とする請求項３ないし５に記載の半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III族窒化物系化合物半導体からなる半導体素子及びその製造方法に関する。更に詳しくは、III族窒化物系化合物半導体層のバッファ層の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、良好な結晶のIII族窒化物系化合物半導体層を、安価に製造するために、下地層としてＴｉＮ等の金属窒化物を用いることが開示されている。この公報では、サファイア基板上にＴｉＮからなる下地層を形成し、更にＡｌＮからなるバッファ層を形成した後にＧａＮ層を成長させている。
【特許文献１】特開２０００−３２３７５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特開２０００−３２３７５３号公報に開示された構造を、発光ダイオード、半導体レーザ等の光素子、電界効果トランジスタ等の電子デバイスに適用するには、いまだ結晶性の点で問題があり、デバイスの特性が悪い。
【０００４】
そこで、本発明は、ＴｉＮバッファ層を用いて、結晶性が良好で表面が平坦なIII族窒化物系化合物半導体からなる半導体素子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】
【０００５】
上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、半導体素子において、基板と、前記基板の上に形成されたＴｉＮからなるバッファ層と、前記バッファ層の上に形成されたIII族窒化物系化合物半導体層とを備え、前記III族窒化物系化合物半導体層の膜厚が4μm以上、10μm以下であり、前記バッファ層の膜厚が20nm以上、200nm以下であることを特徴とする。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、前記の半導体素子において、前記基板はサファイアからなることを特徴とする。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、半導体素子の製造方法において、基板の表面にＴｉＮからなるバッファ層を、形成温度-70℃以上、200℃以下で形成する第１の工程と、前記バッファ層の表面にIII族窒化物系化合物半導体層を形成する第２の工程を含むことを特徴とする。
【０００８】
請求項４に記載の発明は、前記の半導体素子の製造方法において、前記III族窒化物系化合物半導体層の膜厚が4μm以上、10μm以下であることを特徴とする。
【０００９】
請求項５に記載の発明は、前記の半導体素子の製造方法において、前記バッファ層の膜厚が20nm以上、200nm以下であることを特徴とする。
【００１０】
請求項６に記載の発明は、前記バッファ層を形成する第１の工程の後、前記バッファ層の表面にIII族窒化物系化合物半導体層を形成する第２の工程の前に、前記バッファ層を窒化処理する工程を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ＴｉＮバッファ層を用いたIII族窒化物系化合物半導体からなる半導体素子において、結晶性、表面平坦性を改善し、半導体素子の素子特性を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。尚、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
（実施の形態１）
図１は、本発明の具体的な実施の形態１に係る半導体積層体の構成を示した模式的断面図である。
【００１３】
半導体積層体は、例えばサファイアからなる基板１を有しており、その基板１上に100nmのＴｉＮからなるバッファ層２が形成されている。そのバッファ層２の上には、膜厚5μmのＧａＮ層３が形成されている。ここで、バッファ層２の上に形成されるIII族窒化物系化合物半導体としては、ＧａＮの他に、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ及びその多重層が含まれる。
【００１４】
次に、この構造の半導体積層体の製造方法について説明する。ＴｉＮは例えば反応性スパッタリング法により形成され、III族窒化物系化合物半導体は、例えば有機金属化合物気相成長法（以下「ＭＯＣＶＤ」と示す）による気相成長により製造される。
【００１５】
チタンをターゲットとして、Ｎ２／Ａｒの流量比が１／４の雰囲気で、基板温度20℃で、反応性スパッタリング法により、サファイア基板１上に膜厚100nmのＴｉＮバッファ層２を形成した。その後ＭＯＣＶＤ装置内でＨ２を45L/min、ＮＨ3を18L/minで導入し、1050℃でＴｉＮバッファ層２の窒化処理を行った後、基板温度1150℃とし、Ｈ２を45L/min、ＮＨ3を18L/min、ＴＭＧを640μmol/minで導入し、膜厚5μmのＧａＮ層３を形成した。
【００１６】
このようにして、図１に示すような半導体積層体を得た。この積層体の表面状態を光学顕微鏡で観察したところ、図２のように、ステップ状の良好な表面モホロジーが見られた。ここで、ＧａＮ層の膜厚が2μmのものを作製したところ、図３のように、六角形のモホロジーとなり、平坦性が低い状態であった。これは３次元成長が支配的となっているためであると思われる。詳細に調べると、ＴｉＮバッファ層上のIII族窒化物系化合物半導体層の膜厚は少なくとも4μm以上、好ましくは5μm以上で、表面が良好な状態となった。ＴｉＮバッファ層上のIII族窒化物系化合物半導体の膜厚は10μm以下が好ましく、10μm以上だと再び六角形のモホロジーが生じ好ましくない。また、ＴｉＮバッファ層の膜厚は、好ましくは20nm以上、200nm以下、より好ましくは50nm以上、150nm以下である。ＴｉＮバッファ層形成時の基板温度は、好ましくは-70℃以上、200℃以下、より好ましくは-20℃以上、80℃以下である。ＴｉＮバッファ層の窒化処理の温度は950℃以上、1150℃以下であることが好ましい。また、III族窒化物系化合物半導体層にＳｉをドーピングし、ｎ型ＧａＮとしてもよい。他の実施例として、ＴｉＮバッファ層上にＨＶＰＥ法によりIII族窒化物系化合物半導体層を作製してもよい。
（実施の形態２）
実施の形態１で得られた半導体積層体上に発光素子を作製した。
【００１７】
実施の形態１で得られた半導体積層体上に、引き続きＭＯＣＶＤ法により、ｎ型層、量子井戸を含む発光層、ｐ型層を形成した。その後、ｎ型層をドライエッチングで露出させ、ｎ型層とｐ型層にそれぞれ電極を作製し、チップに切断し、発光素子を作製した。チップに切断する場合に、半導体層側からサファイア基板の途中まで、ダイシングブレードによりハーフカットした後、硝酸：氷酢酸：水＝１：１：１の割合で混合された硝酸系のエッチング液でＴｉＮバッファ層をエッチングすることにより、発光素子部をサファイア基板から分離し、チップ状発光素子を得ることもできる。
【００１８】
実施の形態２では発光素子を作製したが、発光素子として発光ダイオード、半導体レーザ、その他光素子として太陽電池、電子デバイスとして電界効果トランジスタ等を作製することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明によるIII族窒化物系化合物半導体積層体を説明する図。
【図２】ＧａＮ層の膜厚が5μmの場合のＧａＮ層表面の光学顕微鏡写真。
【図３】ＧａＮ層の膜厚が2μmの場合のＧａＮ層表面の光学顕微鏡写真。
【符号の説明】
【００２０】
１・・・サファイア基板、２・・・ＴｉＮバッファ層、３・・・ＧａＮ層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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