(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板、前記基板上の複数のバッファー層、前記複数のバッファー層の最上層上のＧａＮ層を備えるＩＩＩ族窒化物化合物半導体装置であって、
前記基板上に形成され、遷移金属窒化物からなる第１バッファー層と、
前記第１バッファー層上に形成され、ガリウムと遷移金属との窒化物からなる第２バッファー層と
を備えることを特徴とするＩＩＩ族窒化物化合物半導体装置。
【請求項２】
前記遷移金属は、チタニウム（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、及びタンタル（Ｔａ）からなる群から選択された少なくとも一つの要素を含むことを特徴とする請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体装置。
【請求項３】
前記複数のバッファー層は、前記第２バッファー層と前記ＧａＮ層との間に介在した第３バッファー層を更に備え、前記第３バッファー層は、ＧａＮからなることを特徴とする請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体装置。
【請求項４】
前記基板は、サファイア（ｓａｐｐｈｉｒｅ）、シリコンカーバイド（ｓｉｌｉｃｏｎ ｃａｒｂｉｄｅ）、ガリウム窒化物（ｇａｌｌｉｕｍ ｎｉｔｒｉｄｅ）、ガリウム燐（ｇａｌｌｉｕｍ ｐｈｏｓｐｈｉｄｅ）、ガリウムヒ素（ｇａｌｌｉｕｍ ａｒｓｅｎｉｄｅ）から選択されたものからなることを特徴とする請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体装置。
【請求項５】
前記第１バッファー層は、２０〜１００Åの厚さを有することを特徴とする請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体装置。
【請求項６】
前記第２バッファー層は、５０〜１００Åの厚さを有することを特徴とする請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体装置。
【請求項７】
前記第３バッファー層は、２００〜３００Åの厚さを有することを特徴とする請求項３に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体装置。
【請求項８】
前記第１バッファー層は、２０〜１００Åの厚さを有し、前記第２バッファー層は、５０〜１００Åの厚さを有し、前記第３バッファー層は、２００〜３００Åの厚さを有することを特徴とする請求項３に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体装置。
【請求項９】
前記第１バッファー層は、ＴｉＮからなり、前記第２バッファー層は（Ｔｉｘ、Ｇａｙ）Ｎ（ここで、０＜ｘ＜１０、Ｏ＜ｙ＜１０）からなることを特徴とする請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体装置。
【請求項１０】
前記（Ｔｉｘ、Ｇａｙ）Ｎは、Ｔｉ２ＧａＮ相を含むことを特徴とする請求項９に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体装置。
【請求項１１】
基板、前記基板上の複数のバッファー層、前記複数のバッファー層の最上層上のＧａＮ層を備えるＩＩＩ族窒化物化合物半導体装置の製造方法であって、
前記基板上に遷移金属窒化物からなる第１バッファー層を形成する段階と、
前記第１バッファー層上にガリウムと遷移金属との窒化物からなる第２バッファー層を形成する段階と
を含むことを特徴とするＩＩＩ族窒化物化合物半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記遷移金属は、チタニウム（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、及びタンタル（Ｔａ）からなる群から選択された少なくとも一つの要素を含むことを特徴とする請求項１１に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記第２バッファー層上に第３バッファー層を形成して、前記第３バッファー層を前記第２バッファー層と前記ＧａＮ層との間に介在させる段階を更に含み、前記第３バッファー層は、ＧａＮからなることを特徴とする請求項１１に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記第１バッファー層は、２０〜１００Åの厚さを有し、前記第２バッファー層は、５０〜１００Åの厚さを有し、前記第３バッファー層は、２００〜３００Åの厚さを有することを特徴とする請求項１３に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体装置の製造方法
【請求項１５】
前記第１バッファー層は、ＴｉＮからなり、前記第２バッファー層は、（Ｔｉｘ、Ｇａｙ）Ｎ（ここで、０＜ｘ＜１０、０＜ｙ＜１０）からなることを特徴とする請求項１１に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記（Ｔｉｘ、Ｇａｙ）Ｎは、Ｔｉ２ＧａＮ相を含むことを特徴とする請求項１５に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記第１バッファー層は、ＴＤＥＡＴ、ＴＤＭＡＴ、ＴＴＩＰ、及びＴｉＣｌ４から選択された金属有機チタニウムソースを利用して形成されたＴｉＮ層であることを特徴とする請求項１１に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記第２バッファー層は、ＴＤＥＡＴ、ＴＤＭＡＴ、ＴＴＩＰ、及びＴｉＣｌ４から選択された金属有機チタニウムソースを利用して形成された（Ｔｉｘ、Ｇａｙ）Ｎ層であることを特徴とする請求項１１に記載のＩＩＩ族窒化物化合物半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記基板は、サファイア（ｓａｐｐｈｉｒｅ）、シリコンカーバイド（ｓｉｌｉｃｏｎ ｃａｒｂｉｄｅ）、ガリウム窒化物（ｇａｌｌｉｕｍ ｎｉｔｒｉｄｅ）、ガリウム燐（ｇａｌｌｉｕｍ ｐｈｏｓｐｈｉｄｅ）、ガリウムヒ素（ｇａｌｌｉｕｍ ａｒｓｅｎｉｄｅ）から選択されたものからなることを特徴とする請求項１１に記載のＩＩＩ族窒化物化合物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、半導体分野に関し、より詳しくは、発光光電子装置に適したＩＩＩ族窒化物化合物半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ族窒化物は、強い化学的結合の重要な利点を提供し、光電子装置の活性領域に存在する大きい電流及び強い光の照明条件下で、非常に安定的であって、劣化が防止される。また、ＩＩＩ族窒化物は、一旦成長すれば、電位形成が防止される。
【０００３】
ＩＩＩ族窒化物の高い成長温度により、窒化物膜の成長を支持するのに適した公知の基板の種類は、現在大きく制限されている。一番しばしば利用される基板材料は、サファイアとシリコンカーバイドである。これらの材料は、ＩＩＩ族窒化物と大きく異なった格子定数及び熱膨張計数を有する。従って、基板と窒化物との間に形成された界面は、干渉性を欠如して、界面変形及び界面エネルギーを増加させ、膜の濡れを減少させる。これらの要因は、窒化物膜の成長作用及びその結果物の窒化物膜に大きく影響をおよぼす。例えば、サファイア上にＩＩＩ族窒化物を３次元成長させる工程が公知されている。基板上に不連続的な３次元窒化物アイランドを形成することにより、ＩＩＩ族窒化物膜の成長が初めて起きる。これらのアイランドが成長して、互いに合体する。アイランドが合体する膜の領域において格子整合がよくない。これらの領域において高い電位密度が生じる。窒化物膜内の電位配列は、光電子装置の活性領域内のキャリア再結合作用に影響をおよぼすことにより、窒化物上で製造された光電子装置の光電子特性に悪い影響をおよぼし、結局は発光の強さ及び装置の効率を落とす。
【０００４】
最近では、多くの開発者が、商業上の理由で、隣接のバルクＧａＮがない、新たな窒化物プラットホームを探すか、いくつかのエンジニアは、窒化物成長のためのプラットホームとしてシリコンとＳｉＣを越えて、複合材料と金属を見始めた。多くの複合材料及び金属のうち、新たな窒化物プラットホームのための候補として、ＴｉＮ材料に対する関心が多くなっている。一般的に、ＴｉＮ薄膜は、優秀な化学的、機械的、熱的安定性のために、軍事的応用、宇宙航空産業等を含む機械的ハードコーティングから、電子、バイオ材料までを覆う多くの用途を有する。まだ可視的ではないが、薄膜ＴｉＮは、半導体産業にも利用される。銅をベースとするチップにおいて、それを動作させるために、ＴｉＮ薄膜は、シリコンデバイスと金属コンタクトとの間の伝導性バリアーとして使用される。その薄膜は、シリコン内への金属拡散を遮断する一方、良い電気的接続を許すのに充分な程（３０〜７０μΩｃｍ）の伝導性を有する。
【０００５】
しかし、ＩＩＩ族窒化物半導体装置の生産に利用するために、ＴｉＮのような遷移金属窒化物を導入しようとする試みは略されていない。現在まで、光電子アプリケーションのために、パターンがあるかないサファイア基板上に、ＴｉＮ又は共に蒸着される（Ｔｉ、Ｇａ）Ｎを形成する成長方法は、定立されていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
基板上に複数のＩＩＩ族窒化物膜を２次元成長させることは、これらの膜の電位密度を減少させるのに好ましい。しかし、公知の工程では、基板と膜との間の高い界面エネルギーにより、２次元成長が阻害される。アイランドが合体して電位が形成された後でなければ、２次元成長が開始されない。
【０００７】
ＧａＮ及びこれと関連した化合物は、発光装置関連市場に成功的に侵入してきた。それより少ないが、光検出装置関連市場においても同様である。しかし、市場に高性能電子装置を持ってくることに加えて、装置改善のための気勢は、ＧａＮがヘテロエピ成長する非固有基板（ｎｏｎ−ｎａｔｉｖｅ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）により大きく影響を受ける電子的又は光的特性を改善するＧａＮ技術に集中している。このように、ヘテロエピＧａＮは、高い密度の浸透電位（ＴＤｓ）及びそれと関連した点欠陥を有し、これらの全ては、キャリアを散乱させ、放射再結合効率を阻害するか不安定にし、装置の作動寿命や性能に有害である。浸透電位（ＴＤ）問題に対して、ＥＬＯ（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ  ｌａｔｅｒａｌ  ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）技術が開発されて、デバイス品質のＧａＮエピ層を得るのに幅広く利用されている。しかし、ＥＬＯ工程は、エックスシチュ（現地外）フォトリソグラフィック段階（複数段階）を必要とし、それらの段階は、定められた構造においてどれ位工程が多く反復されるかによって頻繁であり、煩わしく、費用を上昇させる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一つの目的は、前述した短所を避けるＩＩＩ族窒化物半導体装置を提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、前述した短所を克服するＩＩＩ族窒化物化合物半導体の製造方法を提供することである。
【００１０】
上記目的は、基板とＩＩＩ族窒化物化合物半導体層との間の複数のバッファー層として、遷移金属窒化物と、Ｇａと遷移金属との窒化物を利用することによって達成される。
【００１１】
本発明の一側面は、基板、前記基板上の複数のバッファー層、前記複数のバッファー層の最上層上のＩＩＩ族窒化物化合物半導体層を備えるＩＩＩ族窒化物化合物半導体装置を提供する。前記複数のバッファー層は、前記基板上に形成された第１バッファー層と、前記第１バッファー層上に形成された第２バッファー層とを備える。前記第１バッファー層は、遷移金属窒化物からなり、前記第２バッファー層は、ガリウムと遷移金属との窒化物からなる。
【００１２】
望ましくは、前記遷移金属は、チタニウム（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、及びタンタル（Ｔａ）からなる群から選択された少なくとも一つの要素を含む。
【００１３】
望ましくは、前記複数のバッファー層は、前記第２バッファー層と前記ＩＩＩ族窒化物化合物半導体層との間に介在した第３バッファー層を更に備え、前記第３バッファー層は、ＧａＮからなる。
【００１４】
望ましくは、前記基板は、サファイア（ｓａｐｐｈｉｒｅ）、シリコンカーバイド（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｃａｒｂｉｄｅ）、ガリウム窒化物（ｇａｌｌｉｕｍ  ｎｉｔｒｉｄｅ）、ガリウム燐（ｇａｌｌｉｕｍ  ｐｈｏｓｐｈｉｄｅ）、及びガリウムヒ素（ｇａｌｌｉｕｍ  ａｒｓｅｎｉｄｅ）から選択されたものからなる。
【００１５】
望ましくは、前記第１バッファー層は、２０〜１００Åの厚さを有し、前記第２バッファー層は、５０〜１００Åの厚さを有し、前記第３バッファー層は、２００〜３００Åの厚さを有する。
【００１６】
望ましくは、前記第１バッファー層は、ＴｉＮからなり、前記第２バッファー層は（Ｔｉ、Ｇａ）Ｎからなる。より望ましくは、前記（Ｔｉ、Ｇａ）Ｎは、Ｔｉ２ＧａＮ相を含む。
【００１７】
本発明の他の側面は、基板、前記基板上の複数のバッファー層、及び前記複数のバッファー層の最上層上のＩＩＩ族窒化物化合物半導体層を備えるＩＩＩ族窒化物化合物半導体装置の製造方法を提供する。前記方法は、前記基板上に遷移金属窒化物からなる第１バッファー層を形成する段階と、前記第１バッファー層上にガリウムと遷移金属との窒化物からなる第２バッファー層を形成する段階とを含む。
【００１８】
望ましくは、前記第２バッファー層上に第３バッファー層を形成し、前記第３バッファー層を前記第２バッファー層と前記ＩＩＩ族窒化物化合物半導体層との間に介在させる段階をさらに含む。前記第３バッファー層は、ＧａＮからなる。
【００１９】
望ましくは、前記第１バッファー層は、遷移金属窒化物層、より望ましくは、ＴＤＥＡＴ、ＴＤＭＡＴ、ＴＴＩＰ、及びＴｉＣｌ４から選択された金属有機チタニウムソースを利用して形成されたＴｉＮ層でありうる。
【００２０】
望ましくは、前記第２バッファー層は、ＴＤＥＡＴ、ＴＤＭＡＴ、ＴＴＩＰ、及びＴｉＣｌ４から選択された金属有機チタニウムソースを利用して形成された（Ｔｉ、Ｇａ）Ｎ層でありうる。
【発明の効果】
【００２１】
低温で基板上に単一バッファー層を形成する従来の方法と異なり、本発明の一実施例は、高い成長温度を有するリアクター（ｒｅａｃｔｏｒ）内において、サファイア基板とＩＩＩ族窒化物（ＧａＮ層）との間の界面層（ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒｓ）として、遷移金属窒化物であるＴｉＮ層と、遷移金属とＧａとの窒化物であるＴｉＮ化合物層（より具体的には、（Ｔｉ、ＧａＮ）層）をインシチュー（ｉｎ−ｓｉｔｕ）成長させる新たな方法を提供する。
【００２２】
一般的に、従来の方法によると、サファイア基板上にバッファー層を形成することは、バッファー層上にＧａＮ膜上の２次元核の形成を強化させることが知られている。これは、電気的性能及び発光性能を改善させてきたが、基板とＧａＮ膜との間の界面上における原子結晶度を更に増加させると、ＧａＮ膜の質をより増加させることができる。
【００２３】
従って、基板上に改善されたＩＩＩ族窒化物膜を成長させることが好ましい。特に、電位密度が減少し、電気的性能が改善され、光電子装置に利用されて改善された装置性能を提供できる改善されたＩＩＩ族窒化物フイルムが好ましい。
【００２４】
基板上に、そして基板とＩＩＩ族窒化物との間に、ＴｉＮバッファー層及びこれと共にするＴｉ化合物を含むバッファー層は、ＴＤ（浸透電位）問題のような材料品質の光電子性能を制御するのに重要な役割をすることができる。さらに、本発明を利用すれば、金（Ａｕ）元素と類似に、スペクトルで光を反射するＴｉＮの優秀な赤外線反射特性により、光学性能がより強化される。
【００２５】
本発明は、減少した電位密度を有し基板上に成長する複数のＩＩＩ族窒化物膜を提供する。本発明は、また基板上に改善されたＩＩＩ族窒化物膜を形成する方法を提供する。ＩＩＩ族窒化物膜は、性能向上のためにＬＥＤ及びダイオードレーザーを含む発光装置に用いることができる。
【００２６】
本発明によって形成された改善された複数のＩＩＩ族窒化物膜は、性能向上のために光電子装置に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施例を詳しく説明する。次に紹介される実施例は、当業者に本発明の思想が十分に伝えられるようにするために、一例として提供されるものである。従って、本発明は、以下説明される実施例に限定されず、他の形態に具体化されることもできる。そして、図面において、構成要素の幅、長さ、厚さなどは、便宜のために誇張して表現されることができる。明細書の全体にわたって同一の参照番号は、同一の構成要素を示す。
【００２８】
図１は、本発明の一実施例による、基板、基板上の第１バッファー層、第１バッファー層上の第２バッファー層、第２バッファー層上の第３バッファー層、及び第３バッファー層上のＩＩＩ族窒化物層を含む構造を示す横断面図である。
【００２９】
図１を参照すれば、基板１７は、サファイア、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、Ｓｉ、ガリウム窒化物、ガリウム燐、亜鉛酸化物（ＺｎＯ）、又は他の種類の基板でありうる。
【００３０】
層２７は、チタニウム窒化物からなる第１バッファー層１７であり、ここで、チタニウムは、ＴＤＥＡＴ（ｔｅｔｒａｋｉｓ−ｄｉｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ−ｔｉｔａｎｉｕｍ、［Ｔｉ（ＮＥｔ２）４］）、ＴＤＭＡＴ（ｔｅｔｒａｋｉｓ−ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ−ｔｉｔａｎｉｕｍ、［Ｔｉ（Ｎｍｅ２）４］、ＴＴＩＰ（ｔｉｔａｎｉｕｍ  ｉｓｏｐｒｏｐｏｘｉｄｅ、Ｔｉ（ＯＣ３Ｈ７）４）、又はＴｉＣｌ４ガスのような有機金属ソースから選択され、窒素は窒素ガス又はＮＨ３から出てくる。
【００３１】
遷移金属窒化物が金属光沢を有するので、サファイア基板を利用するＬＥＤの場合に発光の増加が期待される。ＬＥＤから放出される光は、チタニウム窒化物、ハフニウム窒化物、ジルコニウム窒化物、タンタル窒化物などのように金属光沢を有する遷移金属窒化物により反射される。
【００３２】
また、ＴｉＮのような遷移金属窒化物が、サファイアより低い硬度を有するので、サファイア基板とそれぞれのＩＩＩ族窒化物化合物半導体層との間の格子定数又は熱膨張計数の差により発生されるねじれ（又は内部応力）を緩和させる作用がある。遷移金属窒化物を成長させる有用な方法は、例えば、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、光学ＣＶＤなどのようなＣＶＤ（化学気相蒸着）、スパッタリング、反応性スパッタリング（ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）、レーザーアブレーション（ｌａｓｅｒ  ａｂｌａｔｉｏｎ）、イオンメッキ（ｉｏｎ  ｐｌａｔｉｎｇ）、蒸発、ＥＣＲなどのようなＰＶＤ（物理気相蒸着）等を含むが、これに限定されるのではない。
【００３３】
第１バッファー層２７は、第２バッファー層２８と基板１７との間に介在される。前記第１バッファー層２７は、気相蒸着法又はスパッタリング法により、基板上に形成される。
【００３４】
層２８は、（Ｔｉｘ、Ｇａｙ）Ｎ（ここで、０＜ｘ＜１０、Ｏ＜ｙ＜１０）からなる第２バッファー層である。
【００３５】
第１バッファー層２７の成長後、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、Ｔｉ前駆体、及びアンモニア（ＮＨ３）のそれぞれは、不況性ガスの存在下で基板又は基板アセンブリーに流れ、化学気相蒸着、より望ましくは、ＭＯＣＶＤ方法により（Ｔｉ、Ｇａ）Ｎ層を形成する。より良い結晶質を有する第２バッファー層２８の成長のために、第３バッファー層２９の成長温度と比較される相対的に高い成長温度が要求される。層２９は、約２００〜３００Åの厚さを有する第３バッファー層である。上記第３バッファー層２９は、典型的に５８０℃の低い温度で形成されるＧａＮからなる。第３バッファー層２９の成長条件は、Ｔｉ前駆体を流すのを止めることと、成長温度を約５８０℃に大きく低くすることを除外すれば、第２バッファー層２８の成長条件と同じである。
【００３６】
図２は、本発明の第２実施例による発光ダイオードの構造を示す。ＩＩＩ族窒化物化合物半導体装置は、基板、上記基板上の第１バッファー層、上記第１バッファー層上の第２バッファー層、上記第２バッファー層上の第３バッファー層、及び第３バッファー層上のＩＩＩ族窒化物層のような構造を含む。
【００３７】
図２を参照すれば、基板は、サファイア、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）、ＧａＮ（ガリウム窒化物）等のような六方晶系材料、又はＳｉ（シリコン）、ＧａＰ（ガリウム燐）、ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）等のような等軸晶系材料でありうる。本実施例によると、基板は、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）からなる。さらに、基板４７の表面形状は、フラット（ｆｌａｔ）であるか、又は他の決定配向を有するパターン型でありうる。
【００３８】
チタニウム窒化物からなる第１バッファー層５７は、相対的に高い温度で基板４７上に形成されることができる。高い質のチタニウム窒化物層を得るための最適の成長温度は、周辺ガス、金属有機ソースの種類、成長方法のような、成長工程の変数により決定されることができる。上記第１バッファー層５７は、基板温度が約５００℃乃至約１０００℃の場合に形成される。上記第１バッファー層５７の形成は、約０．１ｔｏｒｒ乃至約１００ｔｏｒｒの圧力を有する蒸着チャンバ内で行われることができる。上記第１バッファー層５７は、約２０Å  〜約１００Å  の厚さを有する。
【００３９】
前述のように、ＬＥＤ装置の品質を考慮して、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）基板と窒化物層との間にヘテロエピ成長により生じる欠陥を減らすために、界面層（又は、バッファー層）としてチタニウム窒化物を利用することは略報告されていない。第１バッファー層５７は、岩塩構造（ｒｏｃｋ  ｓａｌｔ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有するチタニウム窒化物（１１１）面からなる。Ｘ線回折のシータ／２シータ走査（ｔｈｅｔａ／２  ｔｈｅｔａ  ｓｃａｎ）及びＦＷＨＭ（揺動曲線）から、ＴｉＮ／サファイア（Ａｌ２Ｏ３）ヘテロ構造のエピ関係（ｅｐｉｔａｘｉａｌ  ｒｅａｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ）がすでに確認された。その他、ＸＲＤ揺動曲線測定から、サファイア上のＧａＮよりサファイア上のＴｉＮのＦＷＨＭが狭いという報告書がある。図３は、Ａｌ２Ｏ３（０００１）上の、そして、Ａｌ２Ｏ３（０００１）とエピタクシャルＴｉＮ（１１１）との間の境界の高解像度イメージと、「デジタルマイクログラプ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｇｒａｐｈ）」のソフトウェアにより処理されたフーリエフィルタリングされた（Ｆｏｕｉｅｒ−ｆｉｔｅｒｅｄ）イメージを示す。矢印により指定された余分の面を注目する。これらは、格子不整合を緩和させる不一致電位である。
【００４０】
基板４７上に第１バッファー層５７が直接成長した後、第２バッファー層５８は、約５００℃〜約１０００℃、より望ましくは約８５０℃の温度で第１バッファー層５７上に形成される。上記第２バッファー層５８は、（Ｔｉ、Ｇａ）Ｎ合金から構成されることができる。第１バッファー層５７上に第２バッファー層５８が形成されるの間又は直後に、Ｔｉ、Ｇａ、Ｎ（窒素）の間には、拡散（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）のような自発的な熱力学作用が、３元合金系の熱力学的平衡のために所定の間隔（ｉｎｔｅｒｖａｌ）で起きる。実際に、Ｔｉ−Ｇａ−Ｎ（３元）系の熱的安定性の基礎研究は、他の研究チームにより行われたことがある。
【００４１】
図４は、室温でのＴｉ−Ｇａ−Ｎ（３元）系の等温線図を示す。これは、部分的な熱力学的推定値により概略的に計算される。
【００４２】
８５０℃でアニーリングされた拡散カップル内の観察された拡散経路が補充される。図４から、約８５０℃（アニーリング温度に推定）の温度で、ＴｉとＧａＮとの間に反応が可能であるがわかった。これは、Ｔｉ２ＧａＮ相を含む（Ｔｉ、Ｇａ）Ｎ３元系合金が確認されることを意味する。Ｔｉ／ＧａＮセルを利用する本研究の結果は、本発明とよく符合される。
【００４３】
５０Å〜１００Åの厚さを有する第２バッファー層５８を形成するために、ＴｉＣｌ４ガス、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、及びアンモニア（ＮＨ３）のような金属有機ソースからのＴｉ前駆体が、１００ｔｏｒｒ乃至５００ｔｏｒｒの圧力を有するリアクター内の基板上に供給される。第３バッファー層５９は、ＧａＮからなる。この層は、典型的に５３０℃〜６００℃、最も望ましくは５８０℃の低温で成長される。
【００４４】
一種の低温単一バッファー層を得るための工程は、すでに公知されている。従って、本発明の第３バッファー層５９は、公知の工程の低温ＧａＮバッファー層と略同様である。上記第３バッファー層５９は、２５０Å〜３００Åの厚さを有する。本実施例によると、基板４７と第３バッファー層５９との間にＴｉＮ材料を含む第２バッファー層５８と、第１バッファー層５７とのような新たな層は、ヘテロエピ構造成長に起因する電位を減少させるのに重要な役割をする。
【００４５】
従って、ＩＩＩ族窒化物半導体ＬＥＤ装置の全般的な品質は、ＴｉＮ化合物を有する新たな中間層を利用することにより改善される。図５ａ及び図５ｂは、Ｔｉｎのある場合と、ＴｉＮのない場合とを示す横断面ＴＥＭであり、ＧａＮ電位の減少に対するＴｉＮ層の効果を表す。
【００４６】
上記ＩＩＩ族窒化物化合物半導体層６７は、発光装置、光検出器、又は受光器でありうる。上記ＩＩＩ族窒化物化合物半導体層６７は、ｐ型ＧａＮ層、ｎ型ＧａＮ層、及びｐ型ＧａＮ層とｎ型ＧａＮ層との間に介在した活性層を含むことができる。
【００４７】
基板、特に半導体基板又は基板組立体上にバッファー層を形成する方法又は装置を利用すれば、本発明からチタニウムリガンド（ｌｉｇａｎｄｓ）を含む一つ以上の前駆体化合物と蒸着工程を利用して、優越な品質を有するＩＩＩ族窒化物化合物半導体装置を得ることができる。
【００４８】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】基板、この基板上の第１バッファー層、第１バッファー層上の第２バッファー層、第２バッファー層上の第３バッファー層、及び第３バッファー層上のＩＩＩ族窒化物フイルムを含む本発明の一実施例による構造を示す横断面図。
【図２】基板、この基板上の第１バッファー層、第１バッファー層上の第２バッファー層、第２バッファー層上の第３バッファー層、及び第３バッファー層上のＩＩＩ族窒化物フイルムを含む本発明の他の実施例による構造を示す横断面図。
【図３】Ａｌ２Ｏ３上のＡｌ２Ｏ３とエピタクシャルＴｉＮ（１１１）との間のインターフェースイメージと、「デジタルマイクログラプ」のソフトウェアにより処理されたフーリエフィルタリングされたイメージ。
【図４】室温でのＴｉ−Ｇａ−Ｎ（３元）系の等温線図であり、部分的な熱力学的推定値により概略的に計算してなることを示す等温線図。
【図５ａ】ＧａＮ電位の減少に対して、ＴｉＮ中間層の効果を示すための、ＴｉＮのある場合とＴｉＮのない場合との横断面ＴＥＭ。
【図５ｂ】ＧａＮ電位の減少に対して、ＴｉＮ中間層の効果を示すための、ＴｉＮのある場合とＴｉＮのない場合との横断面ＴＥＭ。
【符号の説明】
【００５０】
１７、４７基板、２７、５７第１バッファー層、２８、５８第２バッファー層、２９、５９第３バッファー層、３７、６７ＩＩＩ族窒化物半導体層
【図１】
0005097661.tif 000002
【図２】
0005097661.tif 000003
【図４】
0005097661.tif 000004
【図３】
0005097661.tif 000005
【図５ａ】
0005097661.tif 000006
【図５ｂ】
0005097661.tif 000007