[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JPH11330550A - Group iii-v compound semiconductor element, and its manufacture - Google Patents

Group iii-v compound semiconductor element, and its manufacture

Info

Publication number
JPH11330550A
JPH11330550A JP13398998A JP13398998A JPH11330550A JP H11330550 A JPH11330550 A JP H11330550A JP 13398998 A JP13398998 A JP 13398998A JP 13398998 A JP13398998 A JP 13398998A JP H11330550 A JPH11330550 A JP H11330550A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
crystal
region
nitrogen
compound semiconductor
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP13398998A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Goro Shimaoka
五朗 島岡
Takashi Udagawa
隆 宇田川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Resonac Holdings Corp
Original Assignee
Showa Denko KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Showa Denko KK filed Critical Showa Denko KK
Priority to JP13398998A priority Critical patent/JPH11330550A/en
Publication of JPH11330550A publication Critical patent/JPH11330550A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a group III-V compound semiconductor element which can form hetero junction structure in a group III-V compound semiconductor suitable to constitute the quantum structure consisting of plural group III-V compound semiconductor crystal regions different in nitrogen composition ratio, and also can easily obtain low dimensional quantum structure selectively having regions different in forbidden band width within a group III-V compound semiconductor layer, without using a complicated method, thereby obtaining the group III-V compound semiconductor element. SOLUTION: The selected region within the first crystal region 24 consisting of a group III-V compound semiconductor is made the second layer region 24a being made by replacing a part or the whole of the group V atoms with nitrogen atoms. There, hetero junction structure is made of the second crystal region 24a and the first crystal region 24 surrounding this second crystal region 24a.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、窒素組成比が相違
するIII−V族化合物半導体結晶領域からなるヘテロ
接合構造を備えたIII−V族化合物半導体素子及びそ
の製造方法に係り、特に、低次元の量子構造に適するヘ
テロ接合構造を備えた半導体量子効果素子に用いて好適
なIII−V族化合物半導体素子及びその製造方法に関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a group III-V compound semiconductor device having a heterojunction structure composed of group III-V compound semiconductor crystal regions having different nitrogen composition ratios and a method of manufacturing the same. The present invention relates to a group III-V compound semiconductor device suitable for a semiconductor quantum effect device having a heterojunction structure suitable for a three-dimensional quantum structure, and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】2種類の半導体超薄膜を人為的に積層し
た量子井戸(Quantum Well)構造等により発現される量
子化されたキャリアが発揮する特性を利用した素子(デ
バイス)は、量子効果デバイスと称されている。この量
子効果デバイスは、光デバイスと電子デバイスに大別さ
れ、光デバイスとしては、例えば、単一量子井戸(SQ
W:Single Quantum Well)構造、あるいは多重量子井
戸(MQW:Multi Quantum Well)構造からなる発光層
を備えたSQWあるいはMQW型のレーザーダイオード
(LD)等が知られている。また、電子デバイスとして
は、2次元電子ガス(two-dimensional electrongas)
を利用した金属ショットキー(Schottky)接合型電界効
果トランジスタ(MESFET:Metal Semiconductor
Field Effect Transistor)等が知られている。このM
ESFETは、高い移動度を帰結する2次元電子の特性
を利用したもので、雑音指数(NF:noise-figure)が
低減されたものとなっている。
2. Description of the Related Art An element (device) utilizing characteristics exhibited by quantized carriers expressed by a quantum well structure in which two types of semiconductor ultrathin films are artificially stacked is a quantum effect device. It is called. This quantum effect device is roughly classified into an optical device and an electronic device. As the optical device, for example, a single quantum well (SQ)
An SQW or MQW type laser diode (LD) having a light emitting layer having a W (Single Quantum Well) structure or a Multi Quantum Well (MQW) structure is known. As an electronic device, two-dimensional electron gas is used.
Schottky Junction Field-Effect Transistor (MESFET: Metal Semiconductor)
Field Effect Transistor) and the like are known. This M
The ESFET utilizes the characteristics of two-dimensional electrons resulting in high mobility, and has a reduced noise figure (NF).

【0003】最近では、2次元的に振る舞う量子化され
たキャリアを利用した上述したデバイスに加えて、1次
元的に振る舞う低次元の量子化キャリアを利用したデバ
イスも提案されている(例えば、特開平9−64476
号公報参照)。このデバイスは、空間的に広がりの小さ
い微小体積のドット(dot)状の砒化ガリウム・インジ
ウム(GaInAs)半導体微結晶を利用した砒化ガリ
ウム(GaAs)/GaInAsヘテロ接合発光素子
で、ドット構造を十分に小さくした場合、電子1個の増
減で静電エネルギーが熱揺らぎに比べて大きく変化する
ことを利用したものである。
Recently, in addition to the above-described devices using quantized carriers that behave two-dimensionally, devices using low-dimensional quantized carriers that behave one-dimensionally have also been proposed (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-157572). Kaihei 9-64476
Reference). This device is a gallium arsenide (GaAs) / GaInAs heterojunction light-emitting device using a gallium indium arsenide (GaInAs) semiconductor microcrystal having a small volume and a small volume and having a small dot structure. This is based on the fact that when the size is reduced, the electrostatic energy greatly changes compared to the thermal fluctuation due to the increase or decrease of one electron.

【0004】一般に、量子化されたキャリアをもたらす
量子井戸構造の発光層からは、半値幅が狭い狭帯化され
た光が出射される利点がある。最近、究極の量子閉じ込
め構造である量子ドットを用いた量子ドットレーザ(量
子LD)が提案されている(例えば、小路 元:応用物
理 65(2)、172(1998)参照)。この量子
LDは、砒化インジウム(InAs)/GaAsからな
る量子井戸層を量子ドット活性層としたリッジメサ構造
のもので、狭い半値幅の発光が実際に帰結されると共
に、量子効果の利用により、閾値電圧の低減や発光効率
の向上が期待されている。
In general, a light emitting layer having a quantum well structure that provides quantized carriers has an advantage that narrow band light having a narrow half width is emitted. Recently, a quantum dot laser (quantum LD) using a quantum dot having an ultimate quantum confinement structure has been proposed (see, for example, Motokoji: Applied Physics 65 (2), 172 (1998)). This quantum LD has a ridge mesa structure in which a quantum well layer made of indium arsenide (InAs) / GaAs is used as a quantum dot active layer, and a light emission having a narrow half-value width is actually concluded. Reduction of voltage and improvement of luminous efficiency are expected.

【0005】従来の量子井戸構造は、超薄膜の半導体結
晶層を順次積層する方法により形成される。図11は、
従来のMQW構造を備えたDH(ダブルヘテロ)構造の
発光部の一例を示す断面図であり、この発光部は、下部
クラッド層1上に、障壁(barrier)層2と井戸(wel
l)層3を交互に積層して井戸層3が2層のMQW構造
4とし、最上層の障壁層2上に上部クラッド層5を形成
したものである。このMQW構造4を形成するには、下
部クラッド層1上に障壁層2を成膜した後、井戸層3及
び障壁層2を順次積層する堆積操作を要する。このよう
に、GaAsや砒化アルミニウム・ガリウム(AlX
YAs:0<X≦1、X+Y=1)等の一般的なII
I−V族化合物半導体を用いて、比較的簡単にSQW構
造あるいはMQW構造を形成することができる。これ
は、リン化インジウム(InP)を障壁層とし、砒化ガ
リウム・インジウム混晶(例えば、Ga0.47In0.53
s)を井戸層とするSQW構造あるいはMQW構造を形
成する場合と同様に、成膜温度に大幅な変化を要しない
からである。
The conventional quantum well structure is formed by a method of sequentially stacking ultra-thin semiconductor crystal layers. FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating an example of a light emitting unit having a conventional DH (double hetero) structure having an MQW structure. The light emitting unit includes a barrier layer 2 and a well on a lower clad layer 1.
l) Layers 3 are alternately stacked to form an MQW structure 4 having two well layers 3 and an upper cladding layer 5 formed on the uppermost barrier layer 2. In order to form the MQW structure 4, a deposition operation is required in which a barrier layer 2 is formed on the lower cladding layer 1 and then the well layer 3 and the barrier layer 2 are sequentially laminated. Thus, GaAs or aluminum gallium arsenide (Al X G
a Y As: general II such as 0 <X ≦ 1, X + Y = 1)
An SQW structure or an MQW structure can be formed relatively easily using an IV group compound semiconductor. This uses indium phosphide (InP) as a barrier layer and uses a gallium-indium arsenide mixed crystal (for example, Ga 0.47 In 0.53 A
This is because, as in the case of forming the SQW structure or the MQW structure using s) as a well layer, a significant change in the film formation temperature is not required.

【0006】一方、III−V族窒化物半導体成長層を
用いてSQW構造あるいはMQW構造を形成する際に
は、成膜操作が煩雑である。例えば、量子効果光デバイ
スとして用いられるMQW構造の発光層は、従来より、
一般的に、窒化ガリウム・インジウム混晶(GaBInC
N:0<C≦1、B+C=1)を井戸層とし、窒化アル
ミニウム・ガリウム混晶(AlAGaBN:0≦A≦1、
A+B=1)を障壁層としているために、GaBInC
混晶とAlAGaB N混晶とでは、それぞれの適する成
膜温度の間に数百度の隔たりがある(J.Crystal Growt
h, 145, pp.209-213 (1994) 参照)。したがって、SQ
W構造あるいはMQW構造を形成するには、成膜する度
に成膜温度の頻繁な変更を要し、煩雑な成膜操作が必須
であった。
On the other hand, when an SQW structure or an MQW structure is formed using a group III-V nitride semiconductor growth layer, a film forming operation is complicated. For example, a light emitting layer having an MQW structure used as a quantum effect light device has been conventionally used.
In general, gallium nitride-indium mixed crystal (Ga B In C
N: 0 <C ≦ 1, B + C = 1) as a well layer, and aluminum nitride / gallium mixed crystal (Al A Ga B N: 0 ≦ A ≦ 1,
A + B = 1) is used as a barrier layer, so that Ga B In C N
In the mixed crystal and the Al A Ga B N mixed crystal, there are several hundred degrees of separation between the respective suitable film-forming temperature (J.Crystal Growt
h, 145, pp. 209-213 (1994)). Therefore, SQ
In order to form the W structure or the MQW structure, frequent changes in the film forming temperature are required every time a film is formed, and a complicated film forming operation is necessary.

【0007】また、量子細線(quantum wire)構造や量
子ドット構造等の半ば、1次元的な量子井戸構造は、従
来では、選択エピタキシャル成長法を用いて主に形成さ
れている。例えば、サファイア(α−Al23)基板上
に窒化ガリウム(GaN)層を堆積し、次いで、形成す
べき量子ドットあるいは量子線の形状に合わせて選択的
に開口された領域を有するマスク材で前記GaN層の表
面を被覆し、次いで、この開口領域に限定して量子ドッ
ト形状あるいは量子線形状のIII−V族窒化物半導体
結晶を選択的に形成する方法が提案されている(Proc.
2nd. Int.Conf. on Nitrides Semiconductors (Jpn. So
ciety of Applied Physics), pp.492-493(1997) 参
照)。
[0007] A half-dimensional quantum well structure such as a quantum wire structure or a quantum dot structure is conventionally formed mainly by a selective epitaxial growth method. For example, a gallium nitride (GaN) layer is deposited on a sapphire (α-Al 2 O 3 ) substrate, and then a mask material having a region selectively opened according to the shape of a quantum dot or quantum line to be formed. A method has been proposed in which the surface of the GaN layer is coated with a GaN layer, and then a group III-V nitride semiconductor crystal having a quantum dot shape or a quantum line shape is selectively formed only in the opening region (Proc.
2nd.Int.Conf.on Nitrides Semiconductors (Jpn.So
ciety of Applied Physics), pp. 492-493 (1997)).

【0008】図12は従来のIII−V族窒化物半導体
結晶を用いた量子ドット構造を示す断面図であり、この
量子ドット構造は、例えば、導電性のIII−V族化合
物半導体基板等の結晶基板11上に、緩衝層12、下部
クラッド層1、発光層13及び上部クラッド層5が順次
積層され、発光層13は、短波長可視光の発光媒体であ
る量子ドットのGaBInCN(0<C≦1、B+C=
1)結晶14と、このGaBInCN結晶14を囲繞する
AlAGaBN(0≦A≦1、A+B=1)からなる障壁
層15により構成され、下部クラッド層1、発光層13
及び上部クラッド層5により発光部16が構成されてい
る。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a conventional quantum dot structure using a group III-V nitride semiconductor crystal. This quantum dot structure is, for example, a crystal of a conductive group III-V compound semiconductor substrate or the like. on the substrate 11, buffer layer 12, a lower cladding layer 1, the light emitting layer 13 and the upper cladding layer 5 are sequentially laminated, the light emitting layer 13, the quantum dots emitting medium in a short wavelength visible light Ga B in C N ( 0 <C ≦ 1, B + C =
1) crystal 14, is constituted by the Ga B In C N crystal 14 Al A Ga B N (0 ≦ A ≦ 1, A + B = 1) barrier layer 15 of which surrounds the lower cladding layer 1, the light-emitting layer 13
The light emitting section 16 is constituted by the upper cladding layer 5.

【0009】この構造の形成工程を順を追って説明する
と、まず、一旦、結晶基板11上に緩衝層12及びAl
AGaBNからなる下部クラッド層1を順次成膜する。成
膜後、下部クラッド層1の表面を二酸化珪素(Si
2)や窒化珪素(Si34)等の被膜からなるマスク
材で被覆する。このマスク材は、選択エピタキシャル成
長用のマスク材で、量子ドットの形成を所望する領域に
限り開口したものとする。次いで、このマスク材を冠し
たままで再び成膜操作を行い、下部クラッド層1の表面
にドット状にGaBInCN結晶14を育成する。次い
で、量子ドット状の結晶14を囲繞する様にAlAGaB
Nからなる障壁層15を成膜し、量子化されたキャリア
がもたらされる発光層13とする。
The steps of forming this structure will be described in order. First, the buffer layer 12 and the Al
Sequentially forming a lower cladding layer 1 consisting of A Ga B N. After the film formation, the surface of the lower cladding layer 1 is coated with silicon dioxide (Si).
It is covered with a mask material made of a film such as O 2 ) or silicon nitride (Si 3 N 4 ). This mask material is a mask material for selective epitaxial growth and is opened only in a region where quantum dots are desired to be formed. Next, by again depositing operation while bearing the mask material, growing a Ga B In C N crystal 14 in a dot pattern on the lower cladding layer 1 on the surface. Next, Al A Ga B is formed so as to surround the quantum dot-shaped crystal 14.
A barrier layer 15 made of N is formed to be a light emitting layer 13 in which quantized carriers are provided.

【0010】最後に、発光層13上にAlAGaBNから
なる上部クラッド層5を冠し、III−V族窒化物半導
体結晶からなる量子井戸構造の発光部16を形成する。
なお、図12は、選択的に育成したドット状の結晶14
を有する量子ドット構造を示したものであるが、この結
晶14の形状を線(帯)状とすれば量子細線構造にな
る。この場合、下部クラッド層1の表面を被覆するマス
ク材を、量子細線の形成を所望する領域に限り開口した
ものとすればよい。
[0010] Finally, bearing the upper cladding layer 5 made of Al A Ga B N on the light emitting layer 13, forming a light emitting portion 16 of the quantum well structure made of Group III-V nitride semiconductor crystal.
FIG. 12 shows a dot-shaped crystal 14 grown selectively.
This shows a quantum dot structure having the following. If the shape of the crystal 14 is linear (band), a quantum wire structure is obtained. In this case, the mask material covering the surface of the lower cladding layer 1 may be opened only in the region where the formation of the quantum wires is desired.

【0011】このように、量子井戸等の2次元的量子構
造、あるいは量子ドット(あるいは量子細線)等の1次
元的な量子構造の何れにしても、従来のIII−V族窒
化物半導体を用いた量子構造は、上記の如く量子構造を
構成する各層を積層することにより所望の量子構造を形
成する方法に依っている。
As described above, the conventional group III-V nitride semiconductor is used for either a two-dimensional quantum structure such as a quantum well or a one-dimensional quantum structure such as a quantum dot (or quantum wire). The quantum structure depends on a method of forming a desired quantum structure by laminating each layer constituting the quantum structure as described above.

【0012】積層により量子構造を形成する従来の方法
にあっては、より結晶性の優れた量子構造を積層するた
めに、積層時の温度を1000℃を越える高温とする場
合がある(光学、22(11)、670〜675(19
93)参照)。このため、量子構造を構成するための基
体となる基板としては、サファイア(α−Al23単結
晶)等の耐熱性に優れた結晶材料が好適に用いられてい
る。
In the conventional method of forming a quantum structure by lamination, the temperature at the time of lamination may be as high as over 1000 ° C. (optical, 22 (11), 670-675 (19
93)). For this reason, a crystal material having excellent heat resistance, such as sapphire (α-Al 2 O 3 single crystal), is suitably used as a substrate serving as a base for forming a quantum structure.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来のIII−V族窒化物半導体成長層を用いてSQW構
造あるいはMQW構造を形成する場合、成膜する度に成
膜温度の頻繁な変更を要するために、煩雑な成膜操作を
要するという問題点があった。また、選択エピタキシャ
ル成長法を用いて低次元のIII−V族窒化物半導体量
子構造を形成する場合、量子細線構造や量子ドット構造
のIII−V族窒化物半導体結晶の周囲を、更に、禁止
帯幅が相違するIII−V族窒化物半導体結晶で囲繞す
る必要があり、成膜が難しいという問題点があった。
When an SQW structure or an MQW structure is formed by using the conventional group III-V nitride semiconductor growth layer, frequent changes in the film formation temperature are required every time the film is formed. Therefore, there is a problem that a complicated film forming operation is required. Further, when a low-dimensional group III-V nitride semiconductor quantum structure is formed by using the selective epitaxial growth method, the band gap is further increased around the group III-V nitride semiconductor crystal having a quantum wire structure or a quantum dot structure. Must be surrounded by a different group III-V nitride semiconductor crystal, and there is a problem that film formation is difficult.

【0014】また、基板材料であるサファイアは、六方
晶の炭化珪素(SiC)や多くの酸化物結晶と同じく明
瞭な劈開性を呈しないため、形成する素子の端面を平滑
で平坦な形状にすることができ難いという問題点があっ
た。このことは、例えば、量子井戸構造のLDにあって
は、平滑、平坦性が要求される光共振面が基板結晶の劈
開を利用して形成することが出来ないということを意味
している。そこで、サファイアを基板とする短波長のI
II−V族窒化物半導体LDにあっては、精緻なエッチ
ングを利用する方法(特開平9−283861号公報参
照)、あるいは、サファイア基板の結晶面方位の変更も
しくはチップ化のための裁断方向を精密に制御する方法
(特開平9−275243号公報参照)等の煩雑な方法
により光共振面を形成しているのが現状である。
Since sapphire, which is a substrate material, does not exhibit clear cleavage like hexagonal silicon carbide (SiC) or many oxide crystals, the end face of the element to be formed is made smooth and flat. There was a problem that it was difficult to do. This means that, for example, in an LD having a quantum well structure, an optical resonance surface requiring smoothness and flatness cannot be formed by using cleavage of a substrate crystal. Therefore, short-wavelength I
In the case of the II-V nitride semiconductor LD, a method utilizing fine etching (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-283861), or a cutting direction for changing the crystal plane orientation of the sapphire substrate or forming a chip is used. At present, the optical resonance surface is formed by a complicated method such as a method of precisely controlling (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-275243).

【0015】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
のであって、窒素組成比が相違する複数のIII−V族
化合物半導体結晶領域からなる量子構造を構成するのに
適したIII−V族化合物半導体ヘテロ接合構造を形成
することができ、また、従来のような煩雑な方法を用い
ることなく、III−V族化合物半導体層の内部に選択
的に禁止帯幅が相違する領域を有する低次元の量子構造
を容易に得ることができるIII−V族化合物半導体素
子及びその製造方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has been made in consideration of the above circumstances, and is directed to a III-V semiconductor device suitable for forming a quantum structure including a plurality of III-V compound semiconductor crystal regions having different nitrogen composition ratios. It is possible to form a group III compound semiconductor heterojunction structure, and to form a low-level region having a region in which a band gap is selectively different inside a group III-V compound semiconductor layer without using a complicated method as in the related art. It is an object of the present invention to provide a group III-V compound semiconductor device capable of easily obtaining a three-dimensional quantum structure and a method for manufacturing the same.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は次の様なIII−V族化合物半導体素子及
びその製造方法を提供する。すなわち、請求項1記載の
III−V族化合物半導体素子は、III−V族化合物
半導体からなるヘテロ接合構造を備えた半導体素子であ
り、III−V族化合物半導体からなる第1の結晶領域
中の選択した領域を、その第V族原子の一部または全部
を窒素原子で置換してなる第2の結晶領域とし、この第
2の結晶領域と、この第2の結晶領域を囲繞する前記第
1の結晶領域とにより、ヘテロ接合構造を形成したこと
を特徴としている。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides the following group III-V compound semiconductor device and a method for manufacturing the same. That is, the group III-V compound semiconductor device according to claim 1 is a semiconductor device having a heterojunction structure made of a group III-V compound semiconductor, and includes a first crystal region made of a group III-V compound semiconductor. The selected region is a second crystal region obtained by substituting a part or all of the group V atoms with nitrogen atoms, and the second crystal region and the first crystal region surrounding the second crystal region. Is characterized in that a heterojunction structure is formed by the above crystal region.

【0017】また、請求項2記載のIII−V族化合物
半導体素子は、請求項1記載のIII−V族化合物半導
体素子において、前記第2の結晶領域を囲繞する前記第
1の結晶領域を、その第V族原子の一部または全部を窒
素原子で置換し、この窒素原子で置換した第1の結晶領
域の禁止帯幅を前記第2の結晶領域の禁止帯幅と異なる
こととしたことを特徴としている。
The III-V compound semiconductor device according to claim 2 is the III-V compound semiconductor device according to claim 1, wherein the first crystal region surrounding the second crystal region is formed by: Part or all of the Group V atoms are replaced with nitrogen atoms, and the band gap of the first crystal region replaced with the nitrogen atoms is different from the band gap of the second crystal region. Features.

【0018】また、請求項3記載のIII−V族化合物
半導体素子は、請求項1または2記載のIII−V族化
合物半導体素子において、前記第1の結晶領域の窒素組
成比は、前記第2の結晶領域の窒素組成比と比べて3%
以上の差異を有することを特徴としている。
Further, in the III-V compound semiconductor device according to the third aspect, in the III-V compound semiconductor device according to the first or second aspect, the nitrogen composition ratio of the first crystal region is equal to the second composition ratio. 3% compared to the nitrogen composition ratio in the crystal region of
It is characterized by having the above differences.

【0019】また、請求項4記載のIII−V族化合物
半導体素子は、請求項1、2または3記載のIII−V
族化合物半導体素子において、前記III−V族化合物
半導体を、砒化ガリウム(GaAs)、砒化ガリウム・
インジウム(GaXInYAs:0<Y≦1、X+Y=
1)、砒化アルミニウム・ガリウム(AlWGaXAs:
0<W≦1、W+X=1)より選択された1種としたこ
とを特徴としている。
The III-V compound semiconductor device according to the fourth aspect is the III-V compound semiconductor device according to the first, second or third aspect.
In the group III compound semiconductor device, the group III-V compound semiconductor is formed of gallium arsenide (GaAs), gallium arsenide.
Indium (Ga X In Y As: 0 <Y ≦ 1, X + Y =
1) Aluminum gallium arsenide (Al W Ga X As:
0 <W ≦ 1, W + X = 1).

【0020】また、請求項5記載のIII−V族化合物
半導体素子の製造方法は、III−V族化合物半導体か
らなるヘテロ接合構造を備えた半導体素子の製造方法で
あり、III−V族化合物半導体からなる第1の結晶領
域中の選択した領域に、その第V族原子の一部または全
部を窒素原子で置換する窒素置換処理を施して第2の結
晶領域を形成し、この第2の結晶領域と、この第2の結
晶領域を囲繞する前記第1の結晶領域とにより、ヘテロ
接合構造を形成することを特徴としている。
A method of manufacturing a III-V compound semiconductor device according to claim 5 is a method of manufacturing a semiconductor device having a heterojunction structure made of a III-V compound semiconductor. A second crystal region is formed by subjecting a selected region in the first crystal region consisting of: to a nitrogen substitution treatment for substituting a part or all of the Group V atoms with nitrogen atoms; and forming a second crystal region. A heterojunction structure is formed by the region and the first crystal region surrounding the second crystal region.

【0021】また、請求項6記載のIII−V族化合物
半導体素子の製造方法は、請求項5記載のIII−V族
化合物半導体素子の製造方法において、前記第2の結晶
領域を形成した後、該第2の結晶領域を囲繞する前記第
1の結晶領域に、その第V族原子の一部または全部を窒
素原子で置換する窒素置換処理を施し、該第1の結晶領
域の窒素組成比を前記第2の結晶領域の窒素組成比と相
違させることを特徴としている。
According to a sixth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a III-V compound semiconductor device according to the fifth aspect, after forming the second crystal region, The first crystal region surrounding the second crystal region is subjected to a nitrogen substitution treatment for substituting a part or all of the group V atoms with nitrogen atoms, and a nitrogen composition ratio of the first crystal region is reduced. It is characterized in that the nitrogen composition ratio is different from that of the second crystal region.

【0022】本発明では、III−V族化合物半導体か
らなるバルク結晶、及びその表面上に気相成長あるいは
液相成長により堆積させたIII−V族化合物半導体結
晶層を、統括してIII−V族化合物半導体結晶として
表記すると共に、窒素置換処理の対象(素材)とする。
この素材となり得るIII−V族化合物半導体結晶は、
KAlLGaMInN(Qn)1-RR(0≦K,L,M,
N≦1、K+L+M+N=1、0<R≦1)と表され
る。ここで、記号Qは窒素(N)以外の砒素(As)、
リン(P)、アンチモン(Sb)等の第V族元素を表
す。なお、窒素以外の第V族元素の種類の数を表すのに
n(但し、n≧1)を用いる。
According to the present invention, a bulk crystal made of a group III-V compound semiconductor and a group III-V compound semiconductor crystal layer deposited on its surface by vapor phase growth or liquid phase growth are collectively referred to as III-V. It is described as a group III compound semiconductor crystal, and is also a target (material) for the nitrogen substitution treatment.
A group III-V compound semiconductor crystal that can be this material is:
B K Al L Ga M In N (Qn) 1-R N R (0 ≦ K, L, M,
N ≦ 1, K + L + M + N = 1, 0 <R ≦ 1). Here, the symbol Q is arsenic (As) other than nitrogen (N),
Represents a Group V element such as phosphorus (P) and antimony (Sb). Note that n (where n ≧ 1) is used to represent the number of types of Group V elements other than nitrogen.

【0023】本発明では、III−V族化合物半導体結
晶を構成する第V族元素を窒素原子で置換する原子置換
技術を用いて、III−V族化合物半導体結晶の内部
に、周囲より窒素組成比を高くした領域を形成すること
を意図している。素材としてのIII−V族化合物半導
体結晶は取捨選択できる。ここで、特性が安定した半導
体素子を高効率で獲得する意図を勘案すれば、第一に、
形成の簡便さが素材を選定する理由となる。特に、明瞭
な劈開性を有し、且つ、伝導性を有し、安定的な供給が
達成されているIII−V族化合物半導体結晶を基板と
して成膜することのできる素材は好適に用いられる。
In the present invention, the nitrogen composition ratio of the inside of the group III-V compound semiconductor crystal is increased by using the atom substitution technique of substituting the group V element constituting the group III-V compound semiconductor crystal with nitrogen atoms. It is intended to form a region where the height is higher. A group III-V compound semiconductor crystal as a material can be selected. Here, considering the intention to obtain a semiconductor device with stable characteristics with high efficiency, firstly,
The simplicity of formation is the reason for choosing the material. In particular, a material which can be formed as a substrate using a group III-V compound semiconductor crystal having a clear cleavage property, conductivity, and stable supply is preferably used.

【0024】また、本発明では、III−V族化合物半
導体からなる第1の結晶領域中の選択した領域に窒素を
含浸させるに伴い、該選択した領域を囲繞するIII−
V族化合物半導体結晶との格子の不整合が増加する。こ
の格子の不整合により発生する歪が量子準位の形成に貢
献する。したがって、均一な量子準位を形成するには、
素材のIII−V族化合物半導体結晶が画一的な結晶形
態で構成され、そのバンド構造が画一的である「場」に
より構成されているのが条件となる。
Further, according to the present invention, as nitrogen is impregnated into a selected region in the first crystal region made of a group III-V compound semiconductor, the III-V region surrounding the selected region is filled with nitrogen.
The lattice mismatch with the group V compound semiconductor crystal increases. The distortion generated by the lattice mismatch contributes to the formation of quantum levels. Therefore, to form a uniform quantum level,
The condition is that the group III-V compound semiconductor crystal of the material is constituted by a uniform crystal form, and the band structure is constituted by a uniform "field".

【0025】砒化硼素(BAs)やリン化硼素(BP)
等の硼素(B)含有III−V族化合物半導体結晶層
は、大凡800℃を越える比較的高温下で成膜される場
合が多い。したがって、基板材料としては、耐熱性は優
れているが電気的には絶縁体である材料、例えば、サフ
ァイア(α−Al23)、炭化珪素(SiC)等に限定
される。これらの基板材料は、B含有III−V族化合
物半導体結晶とは格子整合しないため、結晶欠陥の少な
い良質のB含有III−V族化合物半導体結晶層を得る
には難がある。
Boron arsenide (BAs) and boron phosphide (BP)
In many cases, the boron (B) -containing III-V compound semiconductor crystal layer such as that described above is formed at a relatively high temperature exceeding approximately 800 ° C. Therefore, the material of the substrate is limited to a material which is excellent in heat resistance but is electrically insulating, for example, sapphire (α-Al 2 O 3 ), silicon carbide (SiC) and the like. Since these substrate materials are not lattice-matched with the B-containing III-V compound semiconductor crystal, it is difficult to obtain a high-quality B-containing III-V compound semiconductor crystal layer with few crystal defects.

【0026】また、窒化硼素(BN)に至っては、六方
晶(hexagonal)と立方晶(cubic)の双方の結晶系を取
り得る(末松 安晴:光デバイス、pp.28〜29
((株)コロナ社発行、平成9年5月15日初版第8
刷)参照)。このため、いずれか一方の結晶系に統一す
ることが困難となり、ヘテロ接合構造を形成したとして
も安定した量子準位をもたらすバンド(band)を形成す
るのに困難を来す。したがって、硼素(B)は、本発明
の窒素置換処理の対象とするIII−V族化合物半導体
結晶にあっては、必須のIII族構成成分とはならな
い。
In addition, boron nitride (BN) can have both hexagonal and cubic crystal systems (Yasuharu Suematsu: Optical Device, pp. 28-29).
(Corona Co., Ltd., May 15, 1997, first edition, 8th edition)
Printing). For this reason, it is difficult to unify to one of the crystal systems, and even if a heterojunction structure is formed, it is difficult to form a band that provides a stable quantum level. Therefore, boron (B) is not an essential Group III component in the group III-V compound semiconductor crystal to be subjected to the nitrogen substitution treatment of the present invention.

【0027】また、気相成長あるいは液相成長により形
成されるGaP成長層は、窒素置換処理により、選択的
な領域でGaP1-RR(0<R≦1)に変換することが
できる。すなわち、特定された領域において、GaP/
GaP1-RR(0<R≦1)ヘテロ接合構造を形成する
ことができる。
The GaP growth layer formed by vapor phase growth or liquid phase growth can be converted to GaP 1-R N R (0 <R ≦ 1) in a selective region by a nitrogen substitution treatment. . That is, in the specified region, GaP /
A GaP 1-R N R (0 <R ≦ 1) heterojunction structure can be formed.

【0028】しかしながら、リン(P)は、砒素(A
s)と比較して加熱により拡散(移動)し易いこともあ
って、後述の加熱を伴う窒素置換処理の条件如何によっ
ては、形成したヘテロ接合界面がPの熱拡散により乱雑
となる、すなわち接合界面の急峻性が損なわれる場合が
ある。また、アンチモン(Sb)を含有するIII−V
族化合物半導体にあっては、そもそも均質な成膜が困難
である。したがって、窒素以外の第V族元素を含むII
I−V族化合物半導体結晶層にあっては、Asを構成元
素として含む化合物が窒素置換処理の対象としてより好
ましい。
However, phosphorus (P) is converted to arsenic (A)
In some cases, the heterojunction interface formed becomes disordered due to the thermal diffusion of P, depending on the conditions of the nitrogen replacement treatment involving heating described later, since the diffusion (movement) is easier due to heating as compared with s). The steepness of the interface may be impaired. III-V containing antimony (Sb)
In the case of a group III compound semiconductor, uniform film formation is difficult in the first place. Therefore, II containing Group V elements other than nitrogen
In the IV group compound semiconductor crystal layer, a compound containing As as a constituent element is more preferable as a target of the nitrogen substitution treatment.

【0029】また、本発明の窒素置換処理は、III−
V族化合物半導体結晶層中の窒素以外の第V族元素を窒
素で置換することにより、窒素を構成元素として含まな
いIII−V族化合物半導体結晶層を容易に含窒素II
I−V族化合物半導体結晶層へと変換することができ
る。しかも、窒素以外の第V族元素の窒素原子による交
換比率、すなわち、窒素組成比は、数%から略100%
に至る広い範囲で制御することが可能である。したがっ
て、本発明では、窒素(N)を含有するIII−V族化
合物半導体結晶層も窒素置換処理の対象となり得るが、
窒素を予め含有するIII−V族化合物半導体結晶層に
敢えて窒素置換処理を施す必要性は必ずしもない。
Further, the nitrogen substitution treatment of the present invention can be carried out by the method of III-
By substituting the group V element other than nitrogen in the group V compound semiconductor crystal layer with nitrogen, the group III-V compound semiconductor crystal layer not containing nitrogen as a constituent element can be easily replaced with nitrogen-containing II.
It can be converted to an IV group compound semiconductor crystal layer. Moreover, the exchange ratio of Group V elements other than nitrogen by nitrogen atoms, that is, the nitrogen composition ratio is from several percent to approximately 100%.
It is possible to control in a wide range up to. Therefore, in the present invention, the III-V compound semiconductor crystal layer containing nitrogen (N) can also be subjected to the nitrogen replacement treatment.
It is not always necessary to intentionally perform a nitrogen substitution treatment on the group III-V compound semiconductor crystal layer containing nitrogen in advance.

【0030】それ故に、本発明では、上記の組成式で表
されるIII−V族化合物半導体結晶にあっては、Al
LGaMAs(0≦L,M≦1、L+M=1、Q=A
s)、GaMInNAs(0≦M,N≦1、M+N=1、
Q=As)の2種を窒素置換処理の主たる対象とする。
これらの結晶は、閃亜鉛鉱型の画一的な結晶構造を採る
ため、画一的で均一的なバンド構造を有する結晶層を形
成するのに、格別に優位である。
Therefore, according to the present invention, in the III-V compound semiconductor crystal represented by the above composition formula, Al
L Ga M As (0 ≦ L , M ≦ 1, L + M = 1, Q = A
s), Ga M In N As (0 ≦ M, N ≦ 1, M + N = 1,
Q = As) are the main targets of the nitrogen replacement treatment.
Since these crystals have a uniform sphalerite-type crystal structure, they are particularly superior in forming a crystal layer having a uniform and uniform band structure.

【0031】主たる対象とするAlLGaMAs(0≦
L,M≦1、L+M=1)結晶層及びGaMInNAs
(0≦M,N≦1、M+N=1)結晶層は、例えば、有
機金属熱分解気相成長法(MOCVD法)、分子線エピ
タキシャル(MBE)法、ハロゲン(halogen)あるい
はハイドライド(hydride)気相成長法等により成膜す
ることができる。成膜に際しては、これらの結晶層と良
好な整合性を発揮するGaAsやInPバルク(bulk)
結晶を基板材料として用いることができる。
The main object of Al L Ga M As (0 ≦
L, M ≦ 1, L + M = 1) Crystal layer and Ga M In N As
(0 ≦ M, N ≦ 1, M + N = 1) The crystal layer can be formed, for example, by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), molecular beam epitaxy (MBE), halogen, or hydride vapor. A film can be formed by a phase growth method or the like. At the time of film formation, GaAs or InP bulk exhibiting good matching with these crystal layers.
Crystals can be used as substrate materials.

【0032】ここでは、表面を構成する結晶面の面方位
に特定の面方位は無く、例えば、結晶面が{001}、
{011}あるいは{111}で表されるIII−V族
化合物半導体結晶を利用することができる。また、例え
ば、結晶面が{001}から角度にして数度あるいは数
十度傾斜した、所謂、オフアングル(off-angle)面を
表面とするバルク結晶も利用することができる。また、
これらIII−V族化合物半導体は、そのバルク単結晶
が閃亜鉛鉱(zinc-blend)構造を有することから[01
1]方向に明瞭な劈開性を呈する。したがって、LDに
あっては、この劈開性を利用することにより光共振面を
簡単に形成することができるという利点がある。更に、
半絶縁性(真性:i型)ではなく、n型あるいはp型の
導電性を呈するバルク結晶を基板として用いれば、この
基板上にオーム性(ohmic)電極を形成することができ
るという利便性があり、オーミックデバイスの電極を形
成する上で有利となる。
Here, there is no specific plane orientation of the crystal plane constituting the surface. For example, the crystal plane is {001},
A group III-V compound semiconductor crystal represented by {011} or {111} can be used. Also, for example, a bulk crystal having a so-called off-angle plane as a surface, in which the crystal plane is inclined several degrees or several tens degrees from {001}, can be used. Also,
These group III-V compound semiconductors have a bulk single crystal of zinc-blend (zinc-blend) structure.
1] It shows a clear cleavage property in the direction. Therefore, in the LD, there is an advantage that the optical resonance surface can be easily formed by utilizing this cleavage. Furthermore,
If a bulk crystal exhibiting n-type or p-type conductivity instead of semi-insulating (intrinsic: i-type) is used as a substrate, there is the advantage that an ohmic electrode can be formed on this substrate. This is advantageous in forming an electrode of an ohmic device.

【0033】本発明では、量子効果を発現するヘテロ接
合構造を選択的な領域に形成するために、III−V族
化合物半導体結晶層の特定の領域に限定して、選択的に
加熱処理を伴う窒素置換処理を施す。この窒素置換処理
を特定の領域に限って施す具体的な方法としては、例え
ば、微小なスポット状に絞られたレーザー光を特定の領
域に照射する、所謂、レーザーアニール技法を利用する
方法が考えられる。しかしながら、この技法では、レー
ザー光の照射位置を高精度で制御しつつ、該レーザー光
を選択された領域毎に走査させる必要があり、また、レ
ーザー光の微小な領域への集中的な照射により、この選
択された領域の周囲の非照射領域との温度差に因り熱歪
が発生するという不具合が生じる。
In the present invention, in order to form a heterojunction structure exhibiting a quantum effect in a selective region, heat treatment is selectively performed only in a specific region of the group III-V compound semiconductor crystal layer. A nitrogen substitution treatment is performed. As a specific method of performing the nitrogen replacement treatment only in a specific region, for example, a method using a so-called laser annealing technique in which a specific region is irradiated with a laser beam focused in a minute spot shape is considered. Can be However, in this technique, it is necessary to control the irradiation position of the laser light with high precision and scan the laser light for each selected area. However, there occurs a problem that thermal distortion occurs due to a temperature difference between the selected region and a non-irradiation region around the selected region.

【0034】したがって、本発明では、このレーザーア
ニール技法を採用しないこととし、窒素置換処理を施す
特定の領域を、III−V族化合物半導体結晶層の表面
に被着させた被膜に開口部を設けることにより設定す
る。換言すれば、III−V族化合物半導体結晶(ある
いは結晶層)の選択的な領域に熱処理を施すための被膜
としては、この結晶(あるいは結晶層)の表面の特定の
領域を露出させる開口部を有するのが必須要件である。
この様にパターン(pattern)加工されたIII−V族
化合物半導体結晶層を、窒素置換処理を施すための雰囲
気中に暴露し、一時に加熱すれば、上述したレーザーア
ニール技法のようにレーザー光の走査を要せずに一括し
て窒素置換処理を施すことができるという利点がある。
Therefore, in the present invention, this laser annealing technique is not adopted, and a specific region to be subjected to the nitrogen substitution treatment is provided with an opening in the film applied on the surface of the III-V compound semiconductor crystal layer. Set by In other words, as a film for performing heat treatment on a selective region of the group III-V compound semiconductor crystal (or crystal layer), an opening for exposing a specific region on the surface of the crystal (or crystal layer) is used. Is an essential requirement.
When the group III-V compound semiconductor crystal layer thus patterned is exposed to an atmosphere for performing a nitrogen substitution process and is heated at a time, a laser beam is irradiated as in the laser annealing technique described above. There is an advantage that nitrogen replacement can be performed collectively without scanning.

【0035】前記被膜としては、少なくとも耐熱性が高
く、低揮発性であり、低分解性である、という3つの要
件を満たす材料を用いる。例えば、アンドープの二酸化
珪素(SiO2)、アンドープの窒化珪素(Si34
等の無機絶縁膜が好適に用いられる。また、砒素(A
s)をドープ(dope)したAsドープSiO2膜、As
ドープSi34 膜等は、本発明の熱処理に因る表面か
らのAsの揮散を抑制したい場合に優れた効果を奏す
る。したがって、例えば、GaAs等のAs含有III
族化合物半導体結晶層の被膜として好適に用いられる。
さらに、前記被膜は、窒化アルミニウム・ガリウム(A
LGaMN:0≦L≦1、L+M=1)等からなる高融
点のIII−V族窒化物半導体によって構成することも
できる。
As the film, a material that satisfies at least the three requirements of high heat resistance, low volatility, and low decomposition is used. For example, undoped silicon dioxide (SiO 2 ), undoped silicon nitride (Si 3 N 4 )
And the like are preferably used. Arsenic (A
As-doped SiO 2 film doped with s), As
The doped Si 3 N 4 film or the like has an excellent effect when it is desired to suppress the volatilization of As from the surface due to the heat treatment of the present invention. Therefore, for example, As-containing III such as GaAs
It is suitably used as a film of a group III compound semiconductor crystal layer.
Further, the coating is made of aluminum gallium nitride (A
l L Ga M N: 0 ≦ L ≦ 1, L + M = 1) may be constituted by a high melting point of the Group III-V nitride semiconductor formed of such.

【0036】前記被膜の開口部の形状は、目的とする量
子構造に鑑み決定される。例えば、量子細線の形成を意
図する場合には、被膜に線状(あるいは帯状)の開口部
を設ける。通常の格子整合系のヘテロ接合構造にあって
は、井戸(well)層たる線(帯)状層を、井戸層よりも
幅の広い障壁(barrier)層で囲繞して量子細線構造と
するのが一般的である。したがって、格子整合系のヘテ
ロ接合構造から量子細線構造を形成するには、窒素置換
処理を施す領域を障壁層とするか、または井戸層とする
か、のいずれかに対応して線(帯)状の開口部の幅を変
える必要がある。
The shape of the opening of the coating is determined in consideration of the target quantum structure. For example, when forming a quantum wire, a linear (or band-shaped) opening is provided in the coating. In a typical lattice-matched heterojunction structure, a quantum (wire) structure is formed by surrounding a line (band) layer as a well layer with a barrier layer wider than the well layer. Is common. Therefore, in order to form a quantum wire structure from a lattice-matched heterojunction structure, a region to be subjected to the nitrogen substitution treatment is used as a barrier layer or a well layer corresponding to either a line (band). It is necessary to change the width of the opening.

【0037】格子整合系のヘテロ接合構造から量子細線
構造を形成する場合、井戸層の幅は、数nm〜数十nm
の範囲の所定の幅に、少なくとも数Å以内の誤差で精密
に加工する必要がある。また、障壁層は、数十nm程
度、最大でも約60〜70nmである。したがって、被
膜に、この様な微小な幅の開口部を形成するには、一般
的なフォトリソグラフィー技術では困難であり、集束イ
オンビーム技法等の高真空環境下での走査を要する精密
微細加工技術により可能となる。
When a quantum wire structure is formed from a lattice-matched heterojunction structure, the width of the well layer is several nm to several tens nm.
It is necessary to precisely process a predetermined width in the range with an error of at least several mm. The barrier layer has a thickness of about several tens of nm, at most about 60 to 70 nm. Therefore, it is difficult to form such an opening having such a small width in a coating film by a general photolithography technique, and a precision microfabrication technique which requires scanning in a high vacuum environment such as a focused ion beam technique is required. Becomes possible.

【0038】上述したIII−V族化合物半導体結晶と
本発明の含窒素III−V族化合物半導体結晶とは、格
子整合の関係にはない。すなわち、本発明によりもたら
されるヘテロ接合構造は、格子不整合系の構成となる。
したがって、本発明では、接合界面において格子定数の
相違に基づく格子歪を有する歪量子井戸構造を形成する
ことができる。この様な歪量子井戸構造にあっては、井
戸層あるいは障壁層の幅を精密に制御することよりも、
むしろ、これらの間のヘテロ接合界面の急峻性を制御す
ることが重要となる。したがって、井戸層及び障壁層の
幅に相当する開口幅を精密に制御することよりも、開口
部と非開口部との境界を明確にすることが重要である。
The above-mentioned III-V compound semiconductor crystal and the nitrogen-containing III-V compound semiconductor crystal of the present invention do not have a lattice matching relationship. That is, the heterojunction structure provided by the present invention has a lattice mismatched structure.
Therefore, according to the present invention, it is possible to form a strained quantum well structure having lattice strain based on a difference in lattice constant at the junction interface. In such a strained quantum well structure, rather than precisely controlling the width of a well layer or a barrier layer,
Rather, it is important to control the steepness of the heterojunction interface between them. Therefore, it is more important to clarify the boundary between the opening and the non-opening than to precisely control the opening width corresponding to the width of the well layer and the barrier layer.

【0039】もちろん、この開口部と非開口部との境界
における被膜のパターニングを所謂”ダレ”なく確実に
実行することができれば、境界が明確な開口部及び非開
口部を得ることができる。例えば、一般的なフォトリソ
グラフィー技術を用いても、明確な境界を形成すること
ができるパターニングを充分に施すことができるが、こ
の技術は煩雑で精密性を要する。一方、本発明では、I
II−V族化合物半導体結晶層の特定の領域に限って窒
素置換処理を施すことにより、ヘテロ接合界面の急峻性
が制御された歪量子井戸構造を形成することができるの
で、煩雑で精密性を要する高度な技術を必要としないと
いう利便性がある。
Of course, if the patterning of the coating film at the boundary between the opening and the non-opening portion can be surely performed without so-called "sagging", an opening portion and a non-opening portion having a clear boundary can be obtained. For example, patterning that can form a clear boundary can be sufficiently performed by using a general photolithography technique, but this technique is complicated and requires precision. On the other hand, in the present invention, I
By performing the nitrogen substitution process only on a specific region of the II-V compound semiconductor crystal layer, a strained quantum well structure in which the steepness of the heterojunction interface is controlled can be formed. It has the convenience of not requiring advanced technology.

【0040】量子箱を形成するには、被膜に、例えば、
正方形あるいは長方形等の角形の平面形状の開口部を形
成する。また、被膜に円形や多角形等の平面形状の開口
部を形成したものは、量子ドットを形成するのに適す
る。本発明により形成される量子箱あるいは量子ドット
は格子不整合系であるため、これらの量子井戸構造にあ
っては、それらの大きさよりもむしろ、量子井戸を構成
する構造体とその周囲の囲繞体との間の格子歪が量子準
位の発現に大きな役割を果たすことになる。したがっ
て、この様な歪量子井戸構造(歪超格子構造ともいわれ
る)の量子箱あるいは量子ドットを形成するに供する開
口部は、上記の量子細線の場合と同様に、被膜に対して
通常のフォトリソグラフィー技術、パターニング技術及
びエッチング技術等を併用して容易に形成することがで
きる。
To form a quantum box, for example,
An opening having a square planar shape such as a square or a rectangle is formed. Further, a film in which an opening having a planar shape such as a circle or a polygon is formed in a film is suitable for forming a quantum dot. Since the quantum box or quantum dot formed by the present invention is a lattice-mismatched system, in these quantum well structures, rather than their size, the structure forming the quantum well and the surrounding body Lattice strain between and plays a large role in the development of quantum levels. Therefore, an opening for forming a quantum box or a quantum dot having such a strained quantum well structure (also referred to as a strained superlattice structure) is formed by ordinary photolithography with respect to the coating film, as in the case of the quantum wire described above. It can be easily formed using a combination of techniques, patterning techniques, etching techniques and the like.

【0041】例えば、GaAs結晶層上のAsドープS
iO2被膜の表面に一般的なレジスト材料を塗布した
後、パターンを描画したガラスマスク等を介して露光
し、このレジスト材料にパターニング加工を施す。この
パターニング加工後レジスト処理を行い、不要なレジス
ト材料を剥離する。このレジスト材料が剥離された領域
は、上記のSiO2被膜が露出した状態となる。次い
で、ドライエッチング法を用い、露出した領域のSiO
2被膜を、その側壁が明瞭に残存する様に略垂直に除去
すれば、選択された領域に限定して開口部が形成された
被膜を得ることができる。
For example, As-doped S on a GaAs crystal layer
After a general resist material is applied to the surface of the iO 2 film, exposure is performed through a glass mask or the like on which a pattern is drawn, and the resist material is subjected to patterning. After this patterning process, a resist process is performed to remove unnecessary resist material. The region where the resist material has been stripped is in a state where the SiO 2 coating is exposed. Then, the exposed region of SiO
(2) If the coating is removed substantially vertically so that the side walls of the coating remain clearly, a coating having an opening formed only in a selected region can be obtained.

【0042】本発明では、含窒素物質を含む雰囲気中
で、前記被膜の開口部に露出したIII−V族化合物半
導体結晶層に限定して加熱を伴う窒素置換処理を施す。
窒素置換処理とは、III−V族化合物半導体結晶層を
構成する砒素(As)等の第V族元素を窒素原子(N)
で置換する処理のことである。すなわち、素材とするI
II−V族化合物半導体結晶中の窒素組成比を増大させ
るための処理である。
In the present invention, in the atmosphere containing a nitrogen-containing substance, a nitrogen substitution treatment involving heating is applied only to the group III-V compound semiconductor crystal layer exposed at the opening of the film.
The nitrogen substitution treatment means that a group V element such as arsenic (As) constituting a group III-V compound semiconductor crystal layer is replaced with a nitrogen atom (N).
Is a process of replacing with. That is, I
This is a process for increasing the nitrogen composition ratio in the II-V compound semiconductor crystal.

【0043】例えば、AlLGaMAs(0≦L≦1、L
+M=1)にあっては、窒素置換処理を施すことにより
AlLGaMAs1-UU(0≦L≦1、L+M=1、0<
U≦1)に変換される。また、GaMInNAs(0≦M
≦1、M+N=1)にあっては、窒素置換処理を施すこ
とによりGaMInNAs1-UU(0≦M≦1、M+N=
1、0<U≦1)に変換される。なお、本発明の窒素置
換処理は、窒素組成比(U)が100%、すなわち窒素
以外の第V族元素が0%のIII−V族化合物半導体結
晶層に変換する場合も該当する。加熱する目的は、II
I−V族化合物半導体結晶層を構成する砒素(As)等
の第V族元素が脱離するのを促し、窒素原子による置換
の効率を向上させるに都合良く働く、第V族元素の空位
(空孔)の密度を増加させるためである。
For example, Al L Ga M As (0 ≦ L ≦ 1, L
+ M = 1 In the), Al L Ga M As 1 -U N U (0 ≦ L ≦ 1 by performing nitrogen substitution process, L + M = 1,0 <
U ≦ 1). In addition, Ga M In N As (0 ≦ M
≦ 1, M + N = 1 In the), Ga M by performing nitrogen substitution process In N As 1-U N U (0 ≦ M ≦ 1, M + N =
1, 0 <U ≦ 1). Note that the nitrogen substitution treatment of the present invention also corresponds to a case where a nitrogen composition ratio (U) is 100%, that is, a group V element other than nitrogen is converted to a group III-V compound semiconductor crystal layer of 0%. The purpose of heating is II
Vacancy of the group V element (V), which promotes the elimination of the group V element such as arsenic (As) constituting the group IV compound semiconductor crystal layer and effectively works to improve the efficiency of substitution by the nitrogen atom ( This is for increasing the density of the holes.

【0044】本発明の加熱を伴う窒素置換処理として
は、主として次に挙げる方法が用いられる。 (1)簡便な加熱処理法 この方法は、素材を含窒素物質を含む雰囲気中で加熱
し、AsやP等の第V族元素を揮散させることにより該
第V族元素が化学量論的に不足した状態とし、この状態
の素材に窒素を浸透させて窒素組成比を増大させる方法
で、同一のIII−V族化合物半導体結晶層にあって
は、一般に処理温度をより高温にする程、より高い窒素
組成比が得られる。また、加熱処理法に依る場合、成長
層を予め真空環境下に曝露する等して、AsやPの成長
表面からの脱離を促進するための前工程を経た後に加熱
処理を施すと、窒素置換効率をさらに向上させることが
でき、優位である。
The following methods are mainly used as the nitrogen replacement treatment involving heating in the present invention. (1) Simple heat treatment method In this method, a material is heated in an atmosphere containing a nitrogen-containing substance to volatilize a group V element such as As or P, whereby the group V element is stoichiometrically In a state in which the material is in an insufficient state and nitrogen is infiltrated into the material in this state to increase the nitrogen composition ratio, in the same group III-V compound semiconductor crystal layer, generally, the higher the processing temperature, the more the processing temperature becomes higher. A high nitrogen composition ratio is obtained. In the case of using the heat treatment method, if a heat treatment is performed after a pre-process for promoting desorption of As or P from the growth surface by exposing the growth layer to a vacuum environment in advance or the like, nitrogen This is advantageous because the replacement efficiency can be further improved.

【0045】(2)真空プラズマ法 この方法は、素材を真空中で加熱放置し、AsやP等の
第V族元素の揮散を促すと共に、真空中で発生させた含
窒素電離ガスからなるプラズマ(plasma)に暴露してプ
ラズマ中の窒素を素材中に浸透させ、結果として、該素
材中の特定の領域における窒素組成比を大とする結晶を
得る方法である。
(2) Vacuum Plasma Method In this method, a material is heated and left standing in a vacuum to promote the volatilization of a group V element such as As or P, and a plasma comprising a nitrogen-containing ionized gas generated in a vacuum. (Plasma) to allow nitrogen in the plasma to penetrate into the material, resulting in a crystal having a large nitrogen composition ratio in a specific region in the material.

【0046】上述した(1)及び(2)の方法では、A
s原子等の第V族元素の略全量を窒素原子に置換するこ
ともできる。したがって、従来の気相成膜法では安定し
て得るのが困難であった、高い窒素組成比を有するII
I−V族窒化物半導体結晶層も簡単に形成することがで
きる。上述した様な窒素組成比を増加させる方法は、他
のプロセス技術に併用して実施することもできる。例え
ば、イオン注入技術においては、イオン注入後のアニー
ル(anneal)として上記のいずれかの方法を実行するこ
とができる。
In the above methods (1) and (2), A
Substantially all of the Group V elements such as s atoms can be replaced with nitrogen atoms. Therefore, it is difficult to obtain a stable gas by the conventional vapor deposition method.
The group IV nitride semiconductor crystal layer can also be easily formed. The method for increasing the nitrogen composition ratio as described above can be carried out in combination with another process technology. For example, in the ion implantation technique, any of the above methods can be performed as an annealing after the ion implantation.

【0047】III−V族化合物半導体結晶の窒素組成
比を増加させるに効果が認められる加熱温度は、処理対
象とするIII−V族化合物半導体の種類によって異な
る。換言すれば、III−V族化合物半導体個々におけ
る最適な加熱温度は、使用するIII−V族化合物半導
体結晶の融点を基準として大まかに決定することができ
る。例えば、砒化アルミニウム(AlAs)の融点は1
760℃、GaAsの融点は1238℃である(これら
の融点については、寺本 巌:半導体デバイス概論、p
28、(1995年3月30日初版、(株)培風館発
行)参照)。
The heating temperature at which the effect of increasing the nitrogen composition ratio of the group III-V compound semiconductor crystal is recognized depends on the type of the group III-V compound semiconductor to be treated. In other words, the optimum heating temperature for each group III-V compound semiconductor can be roughly determined based on the melting point of the group III-V compound semiconductor crystal used. For example, the melting point of aluminum arsenide (AlAs) is 1
760 ° C. and the melting point of GaAs is 1238 ° C. (These melting points are described in Iwao Teramoto: Introduction to Semiconductor Devices, p.
28, (March 30, 1995, first edition, published by Baifukan Co., Ltd.).

【0048】したがって、本発明の窒素置換処理の主な
対象とするAlLGaMAs(0≦L≦1、L+M=1)
にあっては、Al組成比(L)の増加に伴い、加熱温度
をより高く設定すると好結果が得られる。このAlL
MAs(0≦L≦1、L+M=1)への窒素原子の含
浸が認められる温度は、例えば、Al0.20Ga0.80As
の場合、大凡700℃前後である。AlLGaMAsに関
しては、窒素置換処理の効果が顕著に認められる温度
は、Al組成比(L)の増加に伴い、より高温に移行す
る。また、GaAsの場合、その表面近傍の領域が砒化
窒化ガリウム混晶(GaAs1-RR:0<R≦1)へ変
換し始めたと認められる温度は、例えば、略大気圧のア
ンモニア(NH3)雰囲気下で概ね600℃前後であ
る。
Therefore, Al L Ga M As (0 ≦ L ≦ 1, L + M = 1) which is the main object of the nitrogen substitution treatment of the present invention.
In the above, good results can be obtained by setting the heating temperature higher as the Al composition ratio (L) increases. This Al LG
The temperature at which impregnation of nitrogen atoms into a M As (0 ≦ L ≦ 1, L + M = 1) is, for example, Al 0.20 Ga 0.80 As
In this case, the temperature is about 700 ° C. For the Al L Ga M As, the temperature at which the effect of the nitrogen replacement process is remarkably observed is due to the increase in the Al composition ratio (L), more shifts to a high temperature. In the case of GaAs, the temperature at which the region near the surface has begun to be converted to gallium arsenide nitride mixed crystal (GaAs 1-R N R : 0 <R ≦ 1) is, for example, ammonia (NH) at approximately atmospheric pressure. 3 ) It is around 600 ° C under the atmosphere.

【0049】このように、本発明の窒素置換処理におい
ては、高温で加熱処理を施す程、窒素組成比を増加させ
ることができる。一方、例えば、AlLGaMAsの場
合、加熱温度をGaAsの融点(1238℃)近傍の温
度に設定すると、AlLGaMAs結晶の表面状態が劣化
するという問題が生じる。この表面モホロジー(morpho
logy)の劣化は、Asの揮散に伴う、III族構成元素
であるGaの液滴の発生に主に起因して生じる。Gaの
液滴が発生する状態で加熱処理を進行させると、AlL
GaMAs結晶の表層部には、配向方位が不揃いの板状
の単結晶が重畳した含窒素III−V族化合物半導体か
らなる多結晶層が形成される場合がある。この多結晶層
では、電流の流れる方向の違いにより抵抗が相違する
等、電気的特性に不均一性が生じる等の不具合が発生す
る。したがって、窒素組成比の増加を目的とするAlL
GaMAsの加熱処理にあっては、その処理温度を、望
ましくは約1000℃以下に設定する。更に、好ましく
は、900℃以下とする。
As described above, in the nitrogen replacement treatment of the present invention, the nitrogen composition ratio can be increased as the heat treatment is performed at a higher temperature. On the other hand, for example, in the case of Al L Ga M As, if the heating temperature is set to a temperature near the melting point of GaAs (1238 ° C.), there arises a problem that the surface state of the Al L Ga M As crystal deteriorates. This surface morphology (morpho
is mainly caused by the generation of Ga droplets, which are group III constituent elements, due to the volatilization of As. When the heat treatment is performed in a state where Ga droplets are generated, Al L
The surface layer of the Ga M As crystal, there is a case where polycrystalline layer is formed alignment direction consists irregular plate-like nitrogen-containing group III-V compound semiconductor single crystal is superimposed. In this polycrystalline layer, there occur problems such as non-uniformity in electrical characteristics, such as a difference in resistance due to a difference in the direction of current flow. Therefore, Al L aimed at increasing the nitrogen composition ratio
In the heat treatment of Ga M As is the processing temperature, desirably equal to or less than about 1000 ° C.. More preferably, the temperature is set to 900 ° C. or lower.

【0050】また、砒化インジウム(InAs)の融点
は943℃である(寺本 巌:半導体デバイス概論、p
28、(1995年3月30日初版、(株)培風館発
行))。したがって、本発明の窒素置換処理の主な対象
とするGaMInNAs(0≦M≦1、M+N=1)にあ
っては、AlLGaMAsの場合よりも加熱処理における
温度を一般に低く設定する。また、インジウム組成比
(N)が高い程、窒素置換処理のための加熱温度を低く
設定する。このGaMInNAsに適する加熱温度の範囲
は、概して、650℃以下かつ350℃以上である。
The melting point of indium arsenide (InAs) is 943 ° C. (Iwao Teramoto: Introduction to Semiconductor Devices, p.
28, (March 30, 1995, first edition, published by Baifukan Co., Ltd.). Therefore, in the Ga M In N As for the main target of the nitrogen replacement process of the present invention (0 ≦ M ≦ 1, M + N = 1) is generally the temperature in the heat treatment than the case of the Al L Ga M As Set lower. Further, the heating temperature for the nitrogen replacement treatment is set lower as the indium composition ratio (N) is higher. The range of the heating temperature suitable for this Ga M In N As is generally 650 ° C. or lower and 350 ° C. or higher.

【0051】その理由は、加熱温度が約700℃を越え
ると、InとGaの液滴が発生することに因り、結晶層
の表面状態が悪化するという不具合が生ずるからであ
る。また、このGaMInNAsでは、約350℃前後の
低温でも窒素の含浸が認められるが、低温では、加熱処
理時の雰囲気中の窒素含有物質の熱分解を十分に行わせ
ることができない。すなわち、加熱処理時に雰囲気中に
第V族元素を置換する窒素原子を充分に放出することが
出来ず、窒素置換処理の非効率化を招くことになる。し
たがって、GaMInNAsあるいはAlLGaMAsに拘
わらず、加熱温度は、最低でも400℃以上に設定する
のが好ましい。
The reason for this is that if the heating temperature exceeds about 700 ° C., there arises a problem that the surface state of the crystal layer deteriorates due to the generation of In and Ga droplets. Further, in the Ga M In N As, but the impregnation of nitrogen is observed even at a low temperature of about about 350 ° C., at low temperatures, can not be sufficiently performed thermal decomposition of nitrogen-containing substances in the atmosphere during the heat treatment. That is, it is not possible to sufficiently release nitrogen atoms for substituting the group V element into the atmosphere during the heat treatment, resulting in inefficiency of the nitrogen substitution treatment. Therefore, regardless of the Ga M In N As or Al L Ga M As, the heating temperature is preferably set to at least 400 ° C. at a minimum.

【0052】加熱を伴う窒素置換処理は、素材であるI
II−V族化合物半導体結晶に対してN原子による第V
族元素の置換を果たすために、N原子を含む気体物質か
らなる雰囲気中で実施する。このN原子を含む気体物質
としては、窒素ガス(N2)やアンモニア(NH3)が挙
げられる。しかしながら、例えば、ニトロ基(−N
2)やアセトアミド基(−NH−CO−CH3)等の酸
素(O)原子を含む官能基を有する化合物は、N原子を
含む物質といえども本発明の熱処理時の雰囲気を構成す
る含窒素物質としては好ましくない。その理由は、熱分
解により発生する酸素(O)は、III−V族化合物半
導体に対して深い準位(deep level)を形成する捕獲中
心(deep trap)として働く可能性があるからである。
また、シアン基(−CN)を含む化合物も、毒性の観点
からすれば、熱処理時の雰囲気を構成する含窒素物質と
しては不適当である。
The nitrogen replacement treatment with heating is carried out by using the raw material I
II-V compound semiconductor crystal with N atom
In order to perform the substitution of the group element, it is performed in an atmosphere composed of a gaseous substance containing N atoms. Examples of the gaseous substance containing N atoms include nitrogen gas (N 2 ) and ammonia (NH 3 ). However, for example, a nitro group (-N
Compounds having a functional group containing an oxygen (O) atom, such as O 2 ) or an acetamido group (—NH—CO—CH 3 ), even if they contain a N atom, are included in the atmosphere constituting the heat treatment atmosphere of the present invention. It is not preferable as a nitrogen substance. The reason is that oxygen (O) generated by thermal decomposition may act as a trap (deep trap) that forms a deep level with respect to the group III-V compound semiconductor.
Further, a compound containing a cyano group (—CN) is also unsuitable as a nitrogen-containing substance constituting an atmosphere during heat treatment from the viewpoint of toxicity.

【0053】本発明では、熱処理時の雰囲気を構成する
含窒素物質としては、特に、N原子とH原子との結合
(N−H)を含む含窒素物質を好適に用いる。その理由
は、N−H結合の解離により放出されるH原子が、Ga
MInNAsあるいはAlLGaMAs結晶層の表面に露出
しているAsと結合し、より揮発性の高い砒素化合物を
生成するからである。これにより、結晶層の表層部に、
As原子が逸脱した形骸としてのAsの空孔を高濃度で
存在させることができ、窒素含浸を効率良く果たすこと
ができる。
In the present invention, as the nitrogen-containing substance constituting the atmosphere during the heat treatment, a nitrogen-containing substance containing a bond (N—H) between an N atom and a H atom is particularly preferably used. The reason is that the H atom released by the dissociation of the NH bond is Ga
Combined with M an In N As or Al L Ga M As crystal layer As the exposed and on the surface of, because generating a more volatile arsenic compounds. Thereby, on the surface layer of the crystal layer,
As vacancies in which As atoms have escaped can be made to exist at a high concentration, and nitrogen can be efficiently impregnated.

【0054】N原子とH原子との結合(N−H)を含む
含窒素物質としては、上述したNH 3に加え、ヒドラジ
ンやメチルヒドラジン等の化合物を用いることができ
る。また、メチルアミンやジメチルアミン等のアミン類
も用いることができる。また、ピロール(pyrrole)等
の複素環化合物も用いることができる。特に、N−H結
合を内包する物質でも、400℃未満の温度でも熱分解
が始まる非対称分子構造型のジメチルヒドラジン等は、
雰囲気を構成する物質として特に好適である。
Including a bond (N—H) between an N atom and an H atom
As the nitrogen-containing substance, the above-mentioned NH ThreePlus hydrazi
And compounds such as methylhydrazine can be used.
You. Also, amines such as methylamine and dimethylamine
Can also be used. Also, pyrrole, etc.
Can also be used. In particular, NH
Thermal decomposition even at temperatures below 400 ° C
Starting with asymmetric molecular structure type dimethylhydrazine, etc.
It is particularly suitable as a substance constituting an atmosphere.

【0055】熱処理用雰囲気は、含窒素物質と、水素
(H2)ガスもしくはN2ガス、アルゴン(Ar)等の不
活性ガスとの混合気体を用いても構成することができ
る。この混合気体としては、H2−NH3系、Ar−NH
3系、N2−NH3系、H2−N2−NH3系、N2−Ar−
ヒドラジン系等の混合気体が好適に用いられる。これら
の混合気体から熱処理用雰囲気を構成する場合、含窒素
物質からなる気体の体積占有率は、大凡、50%以上と
するのが望ましい。ここでは、処理温度を低く設定する
程、また、分解性が低い物質程、雰囲気を構成する含窒
素物質の分圧を高く設定する。
The atmosphere for the heat treatment can be constituted by using a mixed gas of a nitrogen-containing substance and an inert gas such as hydrogen (H 2 ) gas or N 2 gas or argon (Ar). As this mixed gas, H 2 —NH 3 system, Ar—NH
3 system, N 2 -NH 3 system, H 2 -N 2 -NH 3 system, N 2 -Ar-
A mixed gas such as hydrazine is preferably used. When the atmosphere for heat treatment is formed from these mixed gases, the volume occupancy of the gas composed of the nitrogen-containing substance is desirably approximately 50% or more. Here, as the processing temperature is set lower and the decomposability of the substance is lower, the partial pressure of the nitrogen-containing substance constituting the atmosphere is set higher.

【0056】また、含窒素物質単体のみにより雰囲気を
構成することもできる。すなわち、例えば、NH3のみ
からなる雰囲気中で加熱処理を行うことができる。窒素
置換効率(As、P等の第V族元素がN原子により置換
された割合(比率))は、例えば、2次イオン質量分析
法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectroscopy)ま
たはオージェ電子分光法(AES:Auger Electron Spe
ctroscopy)により測り知ることができる。これらで
は、As、P等の第V族元素とN原子との検出信号強度
比をもって定量的に分析され得る。
Further, the atmosphere can be constituted by only the nitrogen-containing substance alone. That is, for example, the heat treatment can be performed in an atmosphere consisting only of NH 3 . The nitrogen substitution efficiency (the ratio (ratio) at which Group V elements such as As and P are substituted by N atoms) is determined, for example, by secondary ion mass spectroscopy (SIMS) or Auger electron spectroscopy (AES). : Auger Electron Spe
ctroscopy). In these, the analysis can be performed quantitatively based on the detection signal intensity ratio between the group V element such as As and P and the N atom.

【0057】本発明では、一結晶層内に主に量子井戸構
造を形成することを意図して、該結晶層内に、周囲の領
域とは窒素組成比が相違する領域を選択的に形成する。
量子効果を発揮するヘテロ接合構造を形成するには、窒
素置換処理を施した領域と、該領域を囲繞する周囲の領
域との間に、量子準位をもたらすに足る禁止帯幅の差異
を付与する必要がある。窒素置換処理を選択的に施した
領域を周囲の領域に対して障壁作用をもたらす領域とす
るには、窒素置換処理を施した領域の禁止帯幅を、周囲
の領域の禁止帯幅よりも大とする物質により構成する。
すなわち、禁止帯幅が増加するように窒素置換処理を施
す。
In the present invention, in order to mainly form a quantum well structure in one crystal layer, a region having a different nitrogen composition ratio from a surrounding region is selectively formed in the crystal layer. .
In order to form a heterojunction structure exhibiting the quantum effect, a difference in the band gap sufficient to provide a quantum level is provided between the region subjected to the nitrogen substitution treatment and the surrounding region surrounding the region. There is a need to. In order for a region that has been selectively subjected to nitrogen replacement to be a region that has a barrier effect on the surrounding region, the band gap of the region that has been subjected to nitrogen replacement is larger than the band gap of the surrounding region. It consists of the following substances.
That is, the nitrogen replacement processing is performed so as to increase the forbidden band width.

【0058】一方、窒素置換処理を選択的に施した領域
を、周囲の領域に対して井戸層あるいはキャリア閉じ込
め領域とするには、同領域の禁止帯幅を周囲の領域の禁
止帯幅より小とする窒素置換処理を施す。窒素置換処理
を施した領域を、障壁作用をもたらす領域、井戸層ある
いはキャリア閉じ込め領域、の何れにするにしても、量
子準位の創成に必要なヘテロ接合構造における2つの領
域の間の禁止帯幅の差異は、大凡、0.1eV以上であ
るのが望ましい。なぜならば、禁止帯幅の差異が0.1
eV未満の場合には、キャリアを閉じ込めるのに充分な
障壁を得るのが難しいからである。特に、0.3eV以
上の禁止帯幅の差異が付与されたヘテロ接合構造は、量
子井戸構造に好適に用いられる。
On the other hand, in order to make a region selectively subjected to the nitrogen substitution treatment a well layer or a carrier confinement region with respect to the surrounding region, the band gap of the region is smaller than the band gap of the surrounding region. Is performed. Regardless of whether the nitrogen-substituted region is a region providing a barrier effect, a well layer, or a carrier confinement region, a forbidden band between two regions in a heterojunction structure necessary for creation of a quantum level. It is desirable that the difference between the widths is about 0.1 eV or more. This is because the difference in the forbidden bandwidth is 0.1
If it is less than eV, it is difficult to obtain a barrier sufficient to confine carriers. In particular, a heterojunction structure provided with a difference in band gap of 0.3 eV or more is suitably used for a quantum well structure.

【0059】ここで、室温における禁止帯幅が約1.4
3eVであるGaAsに選択的に窒素置換処理を施し、
障壁作用をもたらすに好適な禁止帯幅を有するGaAs
1-UU混晶に変換する場合を例にとり説明する。このG
aAs1-UU混晶では、そのボウイング(bowing)を考
慮すると、窒素組成比(U)を約0.66とした場合に
GaAsと同等の禁止帯幅を得ることができる。したが
って、GaAsに対して障壁作用を有するGaAs1-U
Uを得るには、基本的に0.66を越える窒素組成比
(U)となるように窒素置換処理を施す必要がある。
Here, the band gap at room temperature is about 1.4.
GaAs of 3 eV is selectively subjected to nitrogen substitution treatment,
GaAs with bandgap suitable for providing a barrier effect
1-U N will be described taking as an example a case of converting the U mixed crystal. This G
In aAs 1-U N U mixed crystal, considering its bowing (bowing), it is possible to obtain the GaAs equivalent band gap at a concentration of from about 0.66 nitrogen composition ratio (U). Therefore, GaAs 1-U having a barrier effect on GaAs
In order to obtain N U , it is basically necessary to perform a nitrogen substitution treatment so that the nitrogen composition ratio (U) exceeds 0.66.

【0060】また、禁止帯幅がGaAsよりも約0.3
eV上回るGaAs1-UU混晶の窒素組成比は、更に大
きく、約0.73である。したがって、例えば、GaA
s結晶中に、このGaAsよりも禁止帯幅が約0.3e
V大であるGaAs1-UU混晶からなる領域を形成する
には、73%以上の窒素置換効率をもって窒素置換処理
を施す必要がある。また、AlLGaMAs1-UU混晶か
らなるヘテロ接合構造にあっては、その素材となるAl
LGaMAsのAl組成比(L)に殆ど拘わらずに0.3
eVの禁止帯幅の差異を付すには、窒素組成比にして少
なくとも3%以上相違させる必要がある。
Further, the band gap is about 0.3 than GaAs.
nitrogen composition ratio of eV than GaAs 1-U N U mixed crystal, larger, is about 0.73. Therefore, for example, GaA
In the s crystal, the band gap is about 0.3 e than that of GaAs.
To form a region consisting GaAs 1-U N U mixed crystal is a V large, it is necessary to perform nitrogen substitution process with a nitrogen substitution efficiency of more than 73%. Further, in the Al L Ga M As 1-U N heterojunction structure consisting of U mixed crystal, the material thereof Al
L Ga M As 0.3 regardless almost Al composition ratio (L) of
In order to give a difference in the band gap of eV, it is necessary to make the nitrogen composition ratio differ by at least 3% or more.

【0061】逆に、GaAs結晶の内部に、禁止帯幅を
該GaAsよりも約0.3eVを越えて小とするGaA
1-UU混晶とのヘテロ接合構造を選択的に形成するに
は、この選択された領域に、約0.08〜約0.59の
範囲の窒素組成比になるように窒素置換処理を施すのが
望ましい。特に、GaAs1-UU混晶にあっては、窒素
組成比が約0.3〜約0.4の範囲内であれば、その禁
止帯幅は極めて小となる(Mat. Res. Soc. Symp. Proc.
vol.449. pp.203-208 (1997)参照)。この様に、金属
的な伝導を呈する窒素置換処理が施された領域を一結晶
層内に分配、配置してなるヘテロ接合構造では、この窒
素置換処理が施された領域を、例えば、デバイスの電極
としても利用することができる。
Conversely, GaAs having a band gap smaller than that of GaAs by about 0.3 eV is formed inside the GaAs crystal.
s 1-U N to selectively form a heterojunction structure with U mixed crystal, to the selected area, nitrogen substituted so that nitrogen composition ratio in the range of from about 0.08 to about 0.59 It is desirable to apply a treatment. In particular, in the GaAs 1-U N U mixed crystal, as long as it is within the range nitrogen composition ratio is about 0.3 to about 0.4, the band gap is extremely small (Mat. Res. Soc . Symp. Proc.
vol.449. pp.203-208 (1997)). As described above, in a heterojunction structure in which a region subjected to a nitrogen substitution process exhibiting metallic conduction is distributed and arranged in a single crystal layer, the region subjected to the nitrogen substitution process is, for example, a device. It can also be used as an electrode.

【0062】本発明では、一結晶層内に選択的に窒素置
換処理を施すことにより、例えば、量子ドット状の微結
晶を内在させたIII−V族化合物半導体結晶層を形成
し、この結晶層を発光層として用いれば、量子ドットL
Dが得られる。また、GaAs0.150.85結晶層の選択
された領域にGaAs0.100.90結晶を内在させてなる
結晶層は、禁止帯幅が約0.3eV相違する量子細線構
造を含む発光素子の発光層として用いることができる。
また、箱状のGaAs0.100. 90結晶を内部に形成した
GaAs0.150.85結晶層を用いれば、量子箱構造を備
えた発光素子を得ることができる。
In the present invention, for example, a group III-V compound semiconductor crystal layer containing microcrystals in the form of quantum dots is formed by selectively subjecting one crystal layer to a nitrogen substitution treatment. Is used as the light emitting layer, the quantum dot L
D is obtained. A crystal layer in which GaAs 0.10 N 0.90 crystal is embedded in a selected region of the GaAs 0.15 N 0.85 crystal layer is used as a light emitting layer of a light emitting element including a quantum wire structure having a band gap different by about 0.3 eV. be able to.
Further, the use of GaAs 0.15 N 0.85 crystal layer was formed a box-like GaAs 0.10 N 0. 90 crystals therein, it is possible to obtain a light emitting device having a quantum box structure.

【0063】このGaAs0.100.90結晶を内在させた
GaAs0.150.85結晶層を得るには、窒素置換処理を
施す対象となる結晶層、例えば、GaAs結晶層の全面
に、まず、85%の窒素置換効率をもって窒素置換処理
を施し、GaAs0.150.85結晶層とする。次いで、こ
のGaAs0.150.85結晶層の帯状(箱状)の領域に、
90%の窒素置換効率をもって選択的に窒素置換処理を
施し、GaAs0.10 0.90結晶とする。
This GaAs0.10N0.90Crystal embedded
GaAs0.15N0.85In order to obtain a crystal layer, nitrogen replacement
The entire surface of a crystal layer to be applied, for example, a GaAs crystal layer
First, a nitrogen replacement treatment with a nitrogen replacement efficiency of 85%
And GaAs0.15N0.85It is a crystal layer. Then,
GaAs0.15N0.85In the band-shaped (box-shaped) region of the crystal layer,
Selective nitrogen replacement with 90% nitrogen replacement efficiency
Alms, GaAs0.10N 0.90Crystal.

【0064】本発明により、選択的に窒素置換処理を施
してなる、周囲の領域とは異なる禁止帯幅の領域を内在
する結晶層は、例え、量子井戸構造をもたらす程の微細
構造を有していない場合であっても、半導体デバイスの
構成層として有用である。例えば、ゲート電極のリセス
(recess)部に相当する、例えば、幅数μm、深さ約
0.1μm未満の領域を、他の領域よりも禁止帯幅が大
である様に窒素置換処理を施した結晶は、ゲート(gat
e)耐圧の向上をもたらす電界効果トランジスタ(FE
T:Field Effect Transistor)のチャネル(channel)
層として利用できる。
According to the present invention, the crystal layer, which is selectively subjected to the nitrogen substitution treatment and has a region having a band gap different from the surrounding region, has a fine structure such as a quantum well structure. Even if not, it is useful as a constituent layer of a semiconductor device. For example, a region corresponding to a recessed portion of a gate electrode, for example, a region having a width of several μm and a depth of less than about 0.1 μm is subjected to a nitrogen substitution process so that the band gap is larger than other regions. The crystal that has been
e) A field effect transistor (FE) that improves withstand voltage
T: Field Effect Transistor channel
Available as layers.

【0065】[0065]

【発明の実施の形態】本発明のIII−V族化合物半導
体素子及びその製造方法の一実施形態について、図面に
基づき説明する。図1は本発明の一実施形態の変調ドー
ピング型電界効果トランジスタ(MODFET:Modula
tion-doped Field Effect Transistor;III−V族化
合物半導体素子)の断面構造を示す模式図であり、この
MODFETは、一結晶層内のゲート電極を形成する領
域に選択的に窒素置換処理を施し、該領域の禁止帯幅を
その周囲の領域の禁止帯幅より部分的に大きくしてチャ
ネル層としたものである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of a III-V compound semiconductor device of the present invention and a method for manufacturing the same will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a modulation doping type field effect transistor (MODFET: Modula) according to an embodiment of the present invention.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a semiconductor device (III-V compound semiconductor element) of a MODFET. In this MODFET, a region for forming a gate electrode in a single crystal layer is selectively subjected to a nitrogen substitution process. The forbidden band width of this region is partially larger than the forbidden band width of the surrounding region to form a channel layer.

【0066】このMODFETをさらに詳しく説明する
と、GaAs基板21上に、高抵抗のGaAs緩衝層2
2、GaAsからなるn型チャネル層23、δドーピン
グを施したn型Al0.30Ga0.70Asからなる電子供給
層(第1の結晶領域)24が順次積層されている。そし
て、電子供給層24の略中央部の、後述するリセス構造
部となる表面領域(第2の結晶領域)24aは、窒素置
換処理が施されてその第V族原子の一部または全部がN
原子で置換されたAl0.30Ga0.70As1-UU(0<U
≦1)とされ、この表面領域24aの禁止帯幅は、この
表面領域24aを囲繞する周囲の領域24bの禁止帯幅
より大とされている。
The MODFET will be described in more detail. A high resistance GaAs buffer layer 2 is formed on a GaAs substrate 21.
2. An n-type channel layer 23 made of GaAs and an electron supply layer (first crystal region) 24 made of n-type Al 0.30 Ga 0.70 As doped with δ are sequentially laminated. Then, a surface region (second crystal region) 24a, which will be a recess structure portion described later, in a substantially central portion of the electron supply layer 24 is subjected to a nitrogen substitution treatment so that a part or all of the group V atoms are N atoms.
Al 0.30 Ga 0.70 As 1-U N U substituted with atoms (0 <U
.Ltoreq.1), and the forbidden band width of the surface region 24a is larger than the forbidden band width of the surrounding region 24b surrounding the surface region 24a.

【0067】一方、この電子供給層24上のソース(so
urce)及びドレイン(drain)の両オーム性電極を配置
する位置には、低抵抗のn型GaAsコンタクト層2
5、26が積層され、コンタクト層25上にはソース電
極27が、コンタクト層26上にはドレイン電極28が
それぞれ形成されている。そして、このコンタクト層2
5、26及び電子供給層24の略中央部がエッチングに
より除去されてリセス部31とされ、リセス部31の表
面領域24a上には、Ti層及びAl層等を積層してな
る重層構造のゲート電極32が形成されている。このM
ODFETでは、表面領域24aと、表面領域24aを
囲繞する周囲の領域24bとにより、ヘテロ接合構造が
形成されている。
On the other hand, the source (so
The low-resistance n-type GaAs contact layer 2 is located at the position where both ohmic electrodes for the urce and the drain are arranged.
5 and 26 are stacked, and a source electrode 27 is formed on the contact layer 25, and a drain electrode 28 is formed on the contact layer 26, respectively. And this contact layer 2
Substantially central portions of the electron supply layers 5, 26 and the electron supply layer 24 are removed by etching to form a recessed portion 31, and a gate having a multilayer structure in which a Ti layer, an Al layer, and the like are laminated on the surface region 24a of the recessed portion 31. An electrode 32 is formed. This M
In the ODFET, a heterojunction structure is formed by the surface region 24a and the surrounding region 24b surrounding the surface region 24a.

【0068】次に、このMODFETの製造方法につい
て説明する。まず、GaAs基板21上に、高抵抗のG
aAs緩衝層22、GaAsからなるn型チャネル層2
3、δドーピングを施したn型Al0.30Ga0.70Asか
らなる電子供給層24を順次積層する。次いで、電子供
給層24の略中央部のリセス構造部31を構成する予定
の表面領域24aに限定して窒素置換処理を施す。この
処理操作により、この表面領域24aの禁止帯幅は、周
囲の領域24bの禁止帯幅よりも大となる。
Next, a method of manufacturing the MODFET will be described. First, a high-resistance G is formed on a GaAs substrate 21.
aAs buffer layer 22, n-type channel layer 2 made of GaAs
3. An electron supply layer 24 made of n-type Al 0.30 Ga 0.70 As doped with δ is sequentially laminated. Next, a nitrogen replacement process is performed only on the surface region 24a where the recess structure 31 at the substantially central portion of the electron supply layer 24 is to be formed. By this processing operation, the forbidden band width of the surface region 24a becomes larger than the forbidden band width of the surrounding region 24b.

【0069】ここでは、電子供給層24を構成するAl
0.30Ga0.70Asの禁止帯幅は約1.65eVであるか
ら、表面領域24aを構成するAl0.30Ga0.70As
1-UU(0<U≦1)の禁止帯幅を約1.65eVより
も広い禁止帯幅とするには、その窒素組成比(U)が約
0.66以上となるように窒素置換処理を施す必要があ
る。すなわち、この場合のAl0.30Ga0.70As/Al
0.30Ga0.70As0.34 0.66ヘテロ接合構造の両物質の
窒素組成比の差異は66%となる。
Here, the Al constituting the electron supply layer 24 is
0.30Ga0.70Is the band gap of As about 1.65 eV?
Al that constitutes the surface region 24a0.30Ga0.70As
1-UNUForbidden band width of (0 <U ≦ 1) from about 1.65 eV
In order to obtain a wide bandgap, the nitrogen composition ratio (U) is about
It is necessary to perform a nitrogen substitution process so that it becomes 0.66 or more.
You. That is, in this case, Al0.30Ga0.70As / Al
0.30Ga0.70As0.34N 0.66Heterojunction structure of both substances
The difference in the nitrogen composition ratio is 66%.

【0070】窒素置換処理により表面領域24aに形成
されるAl0.30Ga0.70As1-UU(0<U≦1)の深
さは、ゲート電極32の直下に数100Åの厚みの窒素
置換処理層を残存させる様に設定するのが好ましい。次
いで、電子供給層24上に、ソース及びドレインの両オ
ーム性電極を配置するための低抵抗のn型GaAsコン
タクト層25、26を積層する。次いで、ゲート電極3
2を形成すべく、コンタクト層25、26及び電子供給
層24の略中央部をエッチングにより除去してリセス部
31を形成する。次いで、リセス部31の窒素置換処理
を施した表面領域24a上に、Ti層及びAl層等の重
層構造からなるゲート電極32を形成し、MODFET
とする。
The depth of Al 0.30 Ga 0.70 As 1 -U N U (0 <U ≦ 1) formed in the surface region 24 a by the nitrogen substitution treatment is set to be several hundred degrees thick just below the gate electrode 32. It is preferable to set so as to leave the layer. Next, low resistance n-type GaAs contact layers 25 and 26 for arranging both source and drain ohmic electrodes are stacked on the electron supply layer 24. Next, the gate electrode 3
In order to form 2, a substantially central portion of the contact layers 25 and 26 and the electron supply layer 24 is removed by etching to form a recess 31. Next, a gate electrode 32 having a multilayer structure such as a Ti layer and an Al layer is formed on the surface region 24a of the recess portion 31 which has been subjected to the nitrogen replacement treatment.
And

【0071】従来のIII−V族窒化物半導体量子構造
の形成に伴う煩雑さは、成膜温度の頻繁な変更操作に起
因する。翻って、GaAsやAlGaAs等の一般的な
III−V族化合物半導体層は、概ね、800℃未満程
度の温度で成膜することができる。比較的低温で成膜で
きるが故に、III−V族化合物半導体単結晶を基板と
して用いることができる。また、GaAs/AlGaA
sヘテロ接合構造も成膜温度を全く変化させず、あるい
は殆ど変化させずに成膜することができるという利点が
ある。
The complexity involved in forming a conventional group III-V nitride semiconductor quantum structure results from frequent changes in the film formation temperature. In turn, a general III-V compound semiconductor layer such as GaAs or AlGaAs can be generally formed at a temperature of less than about 800C. Since the film can be formed at a relatively low temperature, a group III-V compound semiconductor single crystal can be used as the substrate. In addition, GaAs / AlGaAs
The s heterojunction structure also has an advantage that a film can be formed without changing or hardly changing the film forming temperature.

【0072】すなわち、本実施形態では、簡単に成膜で
きるIII−V族化合物半導体を母体材料とするIII
−V族窒化物半導体からなる量子井戸構造を作製するこ
とが可能であるから、少なくとも上述した従来の製造方
法に付随する問題点を克服することが可能である。
That is, in the present embodiment, a III-V compound semiconductor which can be easily formed into a film is used as a base material.
Since it is possible to manufacture a quantum well structure made of a -V nitride semiconductor, it is possible to overcome at least the problems associated with the conventional manufacturing method described above.

【0073】図2は、窒素置換処理を施したGaAsの
深さ方向の原子濃度分布を示す図であり、Siドープn
型(001)−GaAs単結晶を700℃で15分間、
2気流中で熱処理した後、続けて、同温度で15分間
に亘りNH3気流中で熱処理(窒素置換処理)した試料
について、二次イオン質量分析法(Secondary IonMass
Spectrometry)により表面からの深さ方向の原子濃度分
布を測定したものである。ここでは、As、N、H、O
の4種類の元素それぞれについて原子濃度分布を測定し
た。
FIG. 2 is a diagram showing the atomic concentration distribution in the depth direction of GaAs subjected to the nitrogen substitution treatment.
The type (001) -GaAs single crystal was formed at 700 ° C. for 15 minutes.
After heat treatment in an H 2 gas stream, and subsequently, heat treatment (nitrogen replacement treatment) in the NH 3 gas stream at the same temperature for 15 minutes, secondary ion mass spectrometry (Secondary IonMass) was performed.
Spectrometry) to measure the atomic concentration distribution in the depth direction from the surface. Here, As, N, H, O
The atomic concentration distribution was measured for each of the four elements.

【0074】図2によれば、N原子の濃度分布は、表面
近傍に極大値を有する正規分布を示しており、通常の成
膜法が単調増加、単調減少、略一定のいずれかの濃度分
布を示すのとは大きく異なっている。また、As原子を
N原子で置換するため、N原子の濃度分布はAs原子の
濃度の減少に対応した分布を呈しており、通常の成膜法
では、As原子、N原子共に略一定の濃度であるのとは
大きく異なっている。なお、H原子及びO原子の濃度分
布も、N原子の濃度分布と類似した分布を示している。
According to FIG. 2, the concentration distribution of N atoms shows a normal distribution having a local maximum near the surface, and the normal film formation method shows any one of monotonically increasing, monotonically decreasing, and substantially constant concentration distributions. Is significantly different from that shown. Further, since the As atoms are replaced with N atoms, the concentration distribution of the N atoms exhibits a distribution corresponding to the decrease in the concentration of the As atoms. Is very different. The concentration distribution of H atoms and O atoms also shows a distribution similar to the concentration distribution of N atoms.

【0075】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、電子供給層24の表面領域24aを、窒素置換処理
が施されてその第V族原子の一部または全部がN原子で
置換されたAl0.30Ga0.70As1-UU(0<U≦1)
とし、この表面領域24aの禁止帯幅を、この表面領域
24aを囲繞する周囲の領域24bの禁止帯幅より大と
したので、ゲート電極32を表面領域24a上に形成す
ることで、ゲート耐圧の向上を図ることができ、漏洩電
流を低減させることができる。また、本実施形態の窒素
置換処理によれば、高いゲート耐圧を有する結晶領域を
一結晶層内に平面的に内在させることができるので、敢
えて、従来のFETに観られる如く高抵抗層を成膜によ
り母体の積層構造内に形成する必要がなく、素子の製作
上、利便性に優れている。
As described above, according to the present embodiment, the surface region 24a of the electron supply layer 24 is subjected to a nitrogen substitution treatment, and a part or all of the group V atoms are substituted with N atoms. Al 0.30 Ga 0.70 As 1-U N U (0 <U ≦ 1)
Since the forbidden band width of the surface region 24a is larger than the forbidden band width of the surrounding region 24b surrounding the surface region 24a, the gate withstand voltage is reduced by forming the gate electrode 32 on the surface region 24a. Improvement can be achieved, and leakage current can be reduced. Further, according to the nitrogen replacement treatment of the present embodiment, a crystal region having a high gate withstand voltage can be included in a single crystal layer in a plane, so that a high resistance layer is intentionally formed as seen in a conventional FET. Since it is not necessary to form a film in a laminated structure of a base material, the device is excellent in terms of device fabrication.

【0076】また、本実施形態の窒素置換処理によれ
ば、電子供給層24の表面領域24aに限定して窒素置
換処理を施し、表面領域24aの禁止帯幅を、周囲の領
域24bの禁止帯幅よりも大としたので、表面領域24
aの窒素組成比を容易に増大させることができ、表面領
域24aと周囲の領域24bとによりヘテロ接合構造を
形成することができる。したがって、ゲート耐圧が向上
し、漏洩電流を低減したMODFETを容易に作製する
ことができる。
Further, according to the nitrogen replacement treatment of this embodiment, the nitrogen replacement treatment is performed only on the surface region 24a of the electron supply layer 24, and the band gap of the surface region 24a is reduced to the band gap of the surrounding region 24b. Since the width is larger than the width, the surface area 24
The nitrogen composition ratio of a can be easily increased, and a heterojunction structure can be formed by the surface region 24a and the surrounding region 24b. Therefore, a MODFET with improved gate breakdown voltage and reduced leakage current can be easily manufactured.

【0077】ここで、本実施形態をより具体化した各実
施例について説明する。 [実施例1]本実施例では、予め、有機金属熱分解気相
成長(MOCVD)法により成長させたGaInAs結
晶層の特定領域に限定して窒素置換処理(窒素置換処理
とも称する)を施し、該GaInAs結晶層内に帯(ス
トライプ)状のGaXInYAs1-UU(0<Y≦1、X
+Y=1、0<U≦1)を形成することにより、双方の
接合による歪格子ヘテロ接合構造を形成した。
Here, examples of the present embodiment will be described. [Embodiment 1] In this embodiment, a nitrogen replacement process (also referred to as a nitrogen replacement process) is performed in advance only on a specific region of a GaInAs crystal layer grown by a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method. on the GaInAs crystal layer band (stripe-shaped) Ga X in Y As 1-U N U (0 <Y ≦ 1, X
+ Y = 1, 0 <U ≦ 1), thereby forming a strained-lattice heterojunction structure by both junctions.

【0078】まず、図3に示すように、通常の常圧MO
CVD法により、硫黄(S)をドープしたn型InP単
結晶からなる基板41上に、Sドープn型InP気相成
長層42及びSドープn型Ga0.47In0.53As混晶層
43を順次堆積し、積層構造体44とした。ここでは、
基板41の面方位を(001)とし、この基板41上
に、先ず、Sをドープしたn型InP気相成長層42を
堆積した。次に、このInP気相成長層42上に、In
Pと格子整合を果たしかつIn組成比が0.53のSド
ープn型Ga0.47In0.53As混晶層43を堆積した。
First, as shown in FIG.
An S-doped n-type InP vapor growth layer 42 and an S-doped n-type Ga 0.47 In 0.53 As mixed crystal layer 43 are sequentially deposited on a substrate 41 made of n-type InP single crystal doped with sulfur (S) by CVD. Thus, a laminated structure 44 was obtained. here,
The plane orientation of the substrate 41 was (001), and an S-doped n-type InP vapor deposition layer 42 was first deposited on the substrate 41. Next, on this InP vapor deposition layer 42, In
An S-doped n-type Ga 0.47 In 0.53 As mixed crystal layer 43 having lattice matching with P and an In composition ratio of 0.53 was deposited.

【0079】このInP気相成長層42及びGa0.47
0.53As混晶層43共に610℃で成膜した。Ga源
には、トリメチルガリウム((CH33Ga)を用い
た。また、In源には、結合価を一価とするシクロペン
タジエニルインジウム(C55In)を用いた(J. Cry
stal Growth, 107, pp.360-364 (1991) 参照)。さら
に、As供給源には、体積濃度にして10%のアルシン
(AsH3)を混合した高純度水素を用いた。ここで
は、InP気相成長層42の層厚を約0.5μmとし、
キャリア濃度を約1×1018cm-3とした。また、Ga
0.47In0.53As混晶層43の層厚を約0.5μmと
し、キャリア濃度を約2×1018cm-3とした。
The InP vapor deposition layer 42 and Ga 0.47 I
Both the n 0.53 As mixed crystal layer 43 were formed at 610 ° C. Trimethylgallium ((CH 3 ) 3 Ga) was used as a Ga source. As the In source, cyclopentadienyl indium (C 5 H 5 In) having a monovalent valence was used (J. Cry).
stal Growth, 107, pp. 360-364 (1991)). Further, as the As supply source, high-purity hydrogen mixed with arsine (AsH 3 ) at a volume concentration of 10% was used. Here, the thickness of the InP vapor deposition layer 42 is about 0.5 μm,
The carrier concentration was about 1 × 10 18 cm −3 . Also, Ga
The thickness of the 0.47 In 0.53 As mixed crystal layer 43 was set to about 0.5 μm, and the carrier concentration was set to about 2 × 10 18 cm −3 .

【0080】次いで、図4に示すように、積層構造体4
4の最表層をなすGa0.47In0.53As混晶層43の表
面全体を、膜厚が約0.1μmのアンドープ(undope)
の窒化珪素(Si34)膜45で被覆した。このSi3
4膜45は、後工程において選択的に窒素置換処理を
施すための選択マスク材として用いられる。次いで、電
子線描画法により、Si34膜45に加工を施し、線幅
(開口幅)が2500Åの帯状の開口部46を複数本、
基板の<0.−1.−1.>方向に垂直にかつ等間隔に
なるように形成した。これにより、開口部46内に限
り、Ga0.47In0. 53As混晶層43が露出する構造と
なった。ここでは、開口部46の中心線間の距離t、所
謂、ピッチ(pitch)を20μmとした。
Next, as shown in FIG.
The entire surface of the Ga 0.47 In 0.53 As mixed crystal layer 43, which is the outermost layer of No. 4, was undope with a thickness of about 0.1 μm.
With a silicon nitride (Si 3 N 4 ) film 45. This Si 3
The N 4 film 45 is used as a selective mask material for selectively performing a nitrogen substitution process in a later step. Next, the Si 3 N 4 film 45 is processed by electron beam lithography to form a plurality of strip-shaped openings 46 having a line width (opening width) of 2500 °.
Substrate <0. -1. -1. > Perpendicular to the direction and at equal intervals. Thus, as long as the opening 46, Ga 0.47 In 0. 53 As mixed crystal layer 43 is a structure to be exposed. Here, the distance t between the center lines of the openings 46, so-called pitch, was set to 20 μm.

【0081】次に、Si34膜45を冠した積層構造体
44を、図5に示す熱処理炉(加熱炉)51内に載置
し、窒素置換処理を施した。ここで用いた熱処理炉51
は、円筒状の炉体52の外周に高周波誘導コイル53が
螺旋状に巻回されるとともに、その内部に、積層構造体
44等の被処理物を支持する高純度のグラファイトから
なる支持台54が載置され、この支持台54の中腹部に
熱電対55挿入用の袋閉じ孔56が形成され、この炉体
52の端部に形成されたガス導入口57には、Arガス
及びH2ガス導入用配管58及びNH3ガス導入用配管5
9が接続され、これらの配管58、59には開閉バルブ
60、61がそれぞれ設けられたものである。なお、熱
電対55としては、白金−白金・ロジウム合金(Pt−
Pt・Rh(13%))からなる熱電対(日本工業規格
JIS−R)を用いた。
Next, the laminated structure 44 covered with the Si 3 N 4 film 45 was placed in a heat treatment furnace (heating furnace) 51 shown in FIG. 5 and subjected to a nitrogen substitution treatment. Heat treatment furnace 51 used here
A high-frequency induction coil 53 is spirally wound around the outer periphery of a cylindrical furnace body 52, and a support 54 made of high-purity graphite for supporting an object to be processed such as a laminated structure 44 is provided inside the furnace. Is mounted, and a bag closing hole 56 for inserting a thermocouple 55 is formed in the middle part of the support table 54. Ar gas and H 2 gas are supplied to a gas inlet 57 formed at the end of the furnace body 52. Gas introduction pipe 58 and NH 3 gas introduction pipe 5
The pipes 58 and 59 are provided with open / close valves 60 and 61, respectively. The thermocouple 55 is a platinum-platinum-rhodium alloy (Pt-
A thermocouple (Pt.Rh (13%)) (Japanese Industrial Standard JIS-R) was used.

【0082】この窒素置換処理では、まず、Si34
45を冠した積層構造体44を、炉体52内の支持台5
4上に載置した。載置後、一般的なベーン式真空ポンプ
等を用いて、炉体52内が約2.6×10-2hPaの真
空度になるように掃引した。次いで、ガス導入用配管5
8よりArガスをガス導入孔57を介して炉体52内に
導入して略大気圧に復帰させた後、このArガスをH2
ガスに代替し毎分1リットルの流量でガス導入孔57か
ら炉体52内に導入した。
In this nitrogen replacement treatment, first, the laminated structure 44 covered with the Si 3 N 4 film 45 is placed on the support base 5 in the furnace body 52.
4. After the mounting, the inside of the furnace body 52 was swept using a general vane vacuum pump or the like so that the degree of vacuum was about 2.6 × 10 −2 hPa. Next, the gas introduction pipe 5
After approximately is returned to atmospheric pressure with Ar gas from 8 is introduced into the furnace body 52 through the gas introducing hole 57, the Ar gas H 2
Instead of gas, the gas was introduced into the furnace body 52 from the gas introduction hole 57 at a flow rate of 1 liter per minute.

【0083】この状態で、高周波誘導コイル53に周波
数が約30KHzの高周波を印加し、H2雰囲気中(還
元性の雰囲気中)で約30分間かけて、積層構造体44
の温度を室温から675℃に昇温させた。この積層構造
体44の温度は、支持台54の袋閉じ孔56に挿入され
た熱電対55を用いて測温した。
In this state, a high frequency having a frequency of about 30 KHz is applied to the high frequency induction coil 53, and the laminated structure 44 is placed in an H 2 atmosphere (in a reducing atmosphere) for about 30 minutes.
Was raised from room temperature to 675 ° C. The temperature of the laminated structure 44 was measured using a thermocouple 55 inserted into a bag closing hole 56 of the support base 54.

【0084】この積層構造体44を、その温度の変動が
矮小となる迄支持台54上に放置した後、H2雰囲気中
で正確に675℃で15分間保持した。次いで、ガス導
入孔57に付帯する開閉バルブ60、61の開閉状態を
瞬時にして反転させた。すなわち、H2ガスを炉体52
内に供給するため開閉バルブ60を閉状態とし、逆に、
NH3ガス導入用の開閉バルブ61を開状態とした。こ
れにより、炉体52内に導入するガスをH2ガスからN
3ガスに切り換え、引き続き同温度で15分間、積層
構造体44を保持した。開閉バルブ61を介して炉体5
2内に導入されるNH3ガスの流量は毎分1リットルに
設定した。
The laminated structure 44 was left on the support 54 until the fluctuation of the temperature became small, and then kept at 675 ° C. for exactly 15 minutes in an H 2 atmosphere. Next, the open / close state of the open / close valves 60 and 61 attached to the gas introduction hole 57 was instantaneously reversed. That is, the H 2 gas is supplied to the furnace body 52.
The on-off valve 60 is closed to supply the water into the inside, and conversely,
The on-off valve 61 for introducing NH 3 gas was opened. Thereby, the gas introduced into the furnace body 52 is changed from H 2 gas to N
After switching to H 3 gas, the laminated structure 44 was kept at the same temperature for 15 minutes. Furnace body 5 via opening / closing valve 61
The flow rate of NH 3 gas introduced into 2 was set to 1 liter per minute.

【0085】ここで、積層構造体44を予め、H2ガス
雰囲気中に曝すのは、図4に示すSi34膜45の帯状
の開口部46に露出させたGa0.47In0.53As混晶層
43の表面から、この混晶層43を構成する第V族元素
であるAsの揮散を促進させるためである。また、NH
3ガス雰囲気中で熱処理を施すのは、As原子をN原子
で置換するためである。
Here, the laminated structure 44 is previously exposed to the H 2 gas atmosphere because the Ga 0.47 In 0.53 As mixed crystal exposed in the strip-shaped opening 46 of the Si 3 N 4 film 45 shown in FIG. This is for promoting the volatilization of As which is a Group V element constituting the mixed crystal layer 43 from the surface of the layer 43. Also, NH
The heat treatment is performed in a three- gas atmosphere in order to replace As atoms with N atoms.

【0086】このNH3ガス気流中での熱処理により、
図4に示すように、Ga0.47In0.5 3As混晶層43
を、窒素組成比を82%とするGa0.47In0.53As
0.180.8 2結晶層71に変化させた。すなわち、本実施
例では、線状のGa0.47In0.53As0.180.82結晶層
71と、この結晶層71の周囲のGa0.47In0.53As
混晶層43とで、窒素組成比が82%相違するヘテロ接
合構造を形成した。
By the heat treatment in the NH 3 gas stream,
As shown in FIG. 4, Ga 0.47 In 0.5 3 As mixed crystal layer 43
With Ga 0.47 In 0.53 As with a nitrogen composition ratio of 82%
It was changed to 0.18 N 0.8 2 crystal layer 71. That is, in this embodiment, the linear Ga 0.47 In 0.53 As 0.18 N 0.82 crystal layer 71 and the Ga 0.47 In 0.53 As
A heterojunction structure having a nitrogen composition ratio different from the mixed crystal layer 43 by 82% was formed.

【0087】このNH3ガス気流中での15分間の熱処
理が終了した後、積層構造体44を、毎分30℃の冷却
速度で675℃から500℃まで降温させた。この間、
NH 3ガスを継続して供給し続けた。その後、500℃
から室温に至る迄は、NH3ガスからArに切り換えて
自然冷却させた。冷却後、積層構造体44の表面を選択
的に被覆するフッ化アンモニウム(NH4F)水溶液を
用いてSi34膜45を除去した。
This NHThree15 minutes heat treatment in gas stream
After the processing is completed, the laminated structure 44 is cooled at 30 ° C. per minute.
The temperature was lowered at a rate from 675 ° C to 500 ° C. During this time,
NH ThreeThe gas was continuously supplied. After that, 500 ° C
From room temperature to room temperatureThreeSwitch from gas to Ar
Allowed to cool naturally. After cooling, select the surface of the laminated structure 44
Ammonium fluoride (NHFourF) The aqueous solution
Using SiThreeNFourThe film 45 was removed.

【0088】その後、積層構造体44を劈開し、InP
基板41の<0.−1.1>方向に平行な主側面を有す
る切片を作製した。この切片に更に、Arによるスパッ
タリングを施し、透過型電子顕微鏡(TEM:transmis
sion electron microscope)による観察に適した薄層片
とした。図6は、この薄層片のTEM像の一例を示す模
式図であり、Ga0.47In0.53As混晶層43からなる
領域と、選択的に窒素置換処理を施したGa0.47In0.
53As0.180.82結晶層71からなる領域との接合部7
2を示してある。
Thereafter, the laminated structure 44 is cleaved, and the InP
<0. A section having a main side surface parallel to the -1.1> direction was prepared. This section was further sputtered with Ar, and was observed with a transmission electron microscope (TEM: transmis
A thin layer piece suitable for observation with a sion electron microscope). FIG. 6 is a schematic view showing an example of a TEM image of this thin layer piece. The region composed of the Ga 0.47 In 0.53 As mixed crystal layer 43 and the Ga 0.47 In 0.
Junction 7 with the region composed of 53 As 0.18 N 0.82 crystal layer 71
2 is shown.

【0089】また、制限視野回折法による電子線回折像
(electron diffraction pattern)によれば、Ga0.47
In0.53As混晶層43からなる領域は単結晶により構
成されており、また、Ga0.47In0.53As0.180.82
結晶層71からなる領域は、主として非晶質(amorphou
s)により構成されていることが明かとなった。また、
2百万倍程度の高倍率下における格子像の観察によれ
ば、混晶層43からなる領域と結晶層71からなる領域
との接合部72には、格子の不整合に起因する歪が存在
していることが認められた。すなわち、本実施例によれ
ば、Ga0.47In 0.53As混晶層43からなる領域内に
線状のGa0.47In0.53As0.180.82結晶層71から
なる領域を含む歪格子ヘテロ接合構造が得られた。
Also, an electron beam diffraction image obtained by the selected area diffraction method
According to (electron diffraction pattern), Ga0.47
In0.53The region composed of the As mixed crystal layer 43 is composed of a single crystal.
And Ga0.47In0.53As0.18N0.82
The region composed of the crystal layer 71 is mainly composed of an amorphous
s). Also,
Observation of lattice image under high magnification of about 2 million times
For example, a region composed of the mixed crystal layer 43 and a region composed of the crystal layer 71
Exists at the junction 72 with distortion due to lattice mismatch.
It was recognized that it was. That is, according to this embodiment,
If Ga0.47In 0.53In the region composed of the As mixed crystal layer 43
Linear Ga0.47In0.53As0.18N0.82From the crystal layer 71
Thus, a strained-grating heterojunction structure including the following region was obtained.

【0090】[実施例2]本実施例では、GaAsエピ
タキシャル成長層の内部にGaAsN混晶からなる略球
状の微結晶粒を内包した歪格子ヘテロ接合構造を形成し
た。まず、図7に示すように、ZnドープGaAs単結
晶からなる基板上に、トリメチルガリウム((CH33
Ga)/トリメチルアルミニウム((CH33Al)/
アルシン(AsH3:10%AsH3−90%H2混合ガ
ス)/H2反応系を用いた一般的な常圧(大気圧)MO
CVD法により、700℃の成膜温度でZnをドープし
たp型GaAs成長層81をエピタキシャル成長させ
た。Znのドーパント源としては、体積濃度にして約1
00ppmのジエチル亜鉛((C252Zn)を用い
た。また、このp型GaAs成長層81のキャリア濃度
は6×10 18cm-3とし、層厚は約2μmに設定した。
[Embodiment 2] In this embodiment, the GaAs
Approximate sphere made of GaAsN mixed crystal inside the axial growth layer
To form a strained-lattice heterojunction structure containing fine crystal grains
Was. First, as shown in FIG.
A trimethylgallium ((CHThree)Three
Ga) / trimethylaluminum ((CHThree)ThreeAl) /
Arsine (AsHThree: 10% AsHThree-90% HTwoMixed gas
S) / HTwoGeneral atmospheric pressure (atmospheric pressure) MO using reaction system
Doping Zn at a film forming temperature of 700 ° C. by a CVD method
The grown p-type GaAs growth layer 81 is epitaxially grown.
Was. As a dopant source for Zn, a volume concentration of about 1
00 ppm of diethyl zinc ((CTwoHFive)TwoZn)
Was. The carrier concentration of the p-type GaAs growth layer 81
Is 6 × 10 18cm-3And the layer thickness was set to about 2 μm.

【0091】次いで、Znドープp型GaAs成長層8
1の表面を、層厚が約80nmのAsドープSiO2
で被覆した。その後、このSiO2膜にGaイオンを用
いる集束イオンビーム(FIB:focusing ion beam)
法により搾孔加工を施した。ここでは、直径を1.5μ
mとする円形の開口部を、基板の<0.−1.−1.>
方向に平行な方向及び垂直な方向に10μmのピッチ
(間隔)で形成した。これらの開口部以外の領域は、A
sドープSiO2膜を冠したままの状態とした。ここ
で、被覆材料をAsドープSiO2により構成したの
は、熱処理時において前記開口部以外の領域に在るZn
ドープGaAs成長層81の表層部におけるAsの損失
を低減させるためである。
Next, a Zn-doped p-type GaAs growth layer 8
1 was covered with an As-doped SiO 2 film having a thickness of about 80 nm. Thereafter, a focused ion beam (FIB) using Ga ions for the SiO 2 film.
Pore processing was performed by the method. Here, the diameter is 1.5μ
m and a circular opening of <0. -1. -1. >
It was formed at a pitch (interval) of 10 μm in a direction parallel to the direction and in a direction perpendicular to the direction. Areas other than these openings are A
The s-doped SiO 2 film was kept in a crowned state. Here, the reason why the coating material was composed of As-doped SiO 2 is that the Zn existing in the region other than the opening during the heat treatment was used.
This is to reduce the loss of As in the surface layer portion of the doped GaAs growth layer 81.

【0092】その後、図5に示した横型熱処理炉を用い
て、上述したFIB法により、選択的に円形に開口させ
た領域に露出するZnドープGaAs成長層81に窒素
置換処理を施した。この窒素置換処理は、実施例1と同
様の手順に従い実行した。ただし、H2雰囲気中に暴露
する温度、窒素置換処理の温度共に700℃に変更し
た。この窒素置換処理後、約30℃/分の降温速度で、
NH3ガス気流中で700℃から約400℃まで緩慢に
冷却した。ここで緩慢に冷却したのは、冷却時にZnド
ープGaAs成長層81に徒に熱歪みを付与しないため
である。その後、約400℃から室温迄は、Ar気流中
で自然冷却した。
Thereafter, using the horizontal heat treatment furnace shown in FIG. 5, the Zn-doped GaAs growth layer 81 exposed to the region selectively opened in a circular shape was subjected to nitrogen substitution by the above-described FIB method. This nitrogen replacement treatment was performed according to the same procedure as in Example 1. However, the temperature for exposing in the H 2 atmosphere and the temperature for the nitrogen replacement treatment were both changed to 700 ° C. After this nitrogen replacement treatment, at a temperature decreasing rate of about 30 ° C./min,
It was slowly cooled from 700 ° C. to about 400 ° C. in an NH 3 gas stream. The reason for the slow cooling here is that no thermal strain is applied to the Zn-doped GaAs growth layer 81 during cooling. Thereafter, the temperature was naturally cooled from about 400 ° C. to room temperature in an Ar gas flow.

【0093】冷却後、ZnドープGaAs基板の劈開性
を利用して、透過型電子顕微鏡(TEM)による観察に
適した薄層片を作製し、ZnドープGaAs成長層81
内に選択的に形成したGaAsN微結晶粒82の形態を
微視的に観察した。図7は、選択的に窒素置換処理を施
したGaAsN微結晶粒82を含むZnドープGaAs
成長層81のTEM像である。GaAs成長層81内に
は、直径が約2μmの略球状の微結晶粒82の存在が認
められた。GaAs成長層81内に存在する微結晶粒8
2は略球状であり、直径はほぼ2μmであることが認め
られた。
After cooling, a thin piece suitable for observation by a transmission electron microscope (TEM) is prepared by utilizing the cleavage property of the Zn-doped GaAs substrate, and a Zn-doped GaAs growth layer 81 is formed.
The morphology of the GaAsN fine crystal grains 82 selectively formed therein was observed microscopically. FIG. 7 shows Zn-doped GaAs including GaAsN fine crystal grains 82 selectively subjected to nitrogen substitution.
It is a TEM image of the growth layer 81. In the GaAs growth layer 81, the existence of substantially spherical microcrystal grains 82 having a diameter of about 2 μm was recognized. Fine crystal grains 8 existing in GaAs growth layer 81
2 was substantially spherical and the diameter was found to be approximately 2 μm.

【0094】TEMにはエネルギー分散型特性X線分析
器(EDX)が付帯されており、このEDXにより行っ
た組成分析により、微結晶粒82はGaAs0.140.86
と同定された。すなわち、微結晶粒82と、それを囲繞
する窒素置換処理を施さなかったGaAs成長層81と
の、窒素組成比の差異は86%となった。また、GaA
s成長層81とGaAs0.140.86微結晶粒82との接
合領域83には、大きさを異にする結晶格子の接合によ
る歪場84が形成されていた。
The TEM is provided with an energy dispersive X-ray analyzer (EDX), and according to the composition analysis performed by the EDX, the fine crystal grains 82 are GaAs 0.14 N 0.86
Was identified. That is, the difference in the nitrogen composition ratio between the microcrystal grains 82 and the GaAs growth layer 81 surrounding the microcrystal grains 82 which had not been subjected to the nitrogen replacement treatment was 86%. GaA
In a junction region 83 between the s growth layer 81 and the GaAs 0.14 N 0.86 fine crystal grains 82, a strain field 84 due to the junction of crystal lattices having different sizes was formed.

【0095】電子エネルギー損失分光法(EELS:el
ectron energy loss spectroscopy)による微小領域に
於ける禁止帯エネルギーの変化を分析した結果では、領
域幅を約20nmとする歪場84は、GaAs成長層8
1とGaAs0.140.86微結晶粒82とも異なるエネル
ギー状態にあるのが解った。纏めれば、本実施例では、
略球状(ドット状)の微結晶粒82を内包するIII−
V族化合物半導体結晶層を形成する方法を示した。
Electron energy loss spectroscopy (EELS: el
As a result of analyzing the change of the forbidden band energy in the minute region by ectron energy loss spectroscopy), the strain field 84 having a region width of about 20 nm shows that the GaAs growth layer 8
1 and GaAs 0.14 N 0.86 fine crystal grains 82 were found to be in different energy states. To summarize, in this embodiment,
III- containing substantially spherical (dot-shaped) microcrystal grains 82
A method for forming a group V compound semiconductor crystal layer has been described.

【0096】[実施例3]本実施例では、全面的に窒素
処理を施したIII−V族化合物半導体結晶層の選択さ
れた領域に、更に、窒素置換処理を施してヘテロ接合構
造を内包する結晶層を形成した。まず、図8に示すよう
に、Siドープn型GaAs単結晶基板91上に、Si
ドープn型GaAs緩衝層92(層厚=0.5μm、キ
ャリア濃度=2×1018cm-3)、Siドープn型Al
0.30Ga0.70As結晶層93(層厚=2μm、キャリア
濃度=1×1018cm-3)、及びSiドープn型Al
0.10Ga0.90As結晶層94(層厚=0.1μm、キャ
リア濃度=1×1017cm-3)を順次堆積した。
[Embodiment 3] In this embodiment, a nitrogen-substituted treatment is further performed on a selected region of a group III-V compound semiconductor crystal layer that has been entirely subjected to nitrogen treatment to include a heterojunction structure. A crystal layer was formed. First, as shown in FIG. 8, a Si-doped n-type GaAs single crystal substrate 91 is
Doped n-type GaAs buffer layer 92 (layer thickness = 0.5 μm, carrier concentration = 2 × 10 18 cm −3 ), Si-doped n-type Al
0.30 Ga 0.70 As crystal layer 93 (layer thickness = 2 μm, carrier concentration = 1 × 10 18 cm −3 ), and Si-doped n-type Al
A 0.10 Ga 0.90 As crystal layer 94 (layer thickness = 0.1 μm, carrier concentration = 1 × 10 17 cm −3 ) was sequentially deposited.

【0097】これら3つの結晶層92〜94は、一般的
なMOCVD法により、260hPaの減圧下で成膜し
た。Al源には、トリメチルアルミニウム((CH33
Al)を用いた。Al組成比は、MOCVD反応系へ
供給するGa源としたトリメチルガリウム((CH33
Ga)とAl源との総量に対するAl源の供給量を調
整して制御した。層厚は、成長時間を調節して制御し
た。Siドープ用ガスとしては、体積濃度にして5pp
mのジシラン(Si26)を含む高純度水素ガスを用い
た。キャリア濃度は、SiドープガスのMOCVD反応
系への供給量を増減させて調整した。
The three crystal layers 92 to 94 were formed by a general MOCVD method under a reduced pressure of 260 hPa. The aluminum source is trimethyl aluminum ((CH 3 ) 3
Al) was used. The Al composition ratio is determined by using trimethylgallium ((CH 3 ) 3 as a Ga source supplied to the MOCVD reaction system.
The supply amount of the Al source to the total amount of Ga) and the Al source was adjusted and controlled. The layer thickness was controlled by adjusting the growth time. As a Si doping gas, a volume concentration of 5 pp
High-purity hydrogen gas containing m disilane (Si 2 H 6 ) was used. The carrier concentration was adjusted by increasing or decreasing the supply amount of the Si-doped gas to the MOCVD reaction system.

【0098】次いで、図9に示すように、Siドープn
型Al0.10Ga0.90As結晶層94の表面に、一般的な
プラズマCVD法によりSi34膜45を被着した。次
いで、公知の近紫外線露光法によるパターニング技術を
用い、幅(w)が3μmで長さ(l)が5μmの長方形
の領域95に限定してSi34膜45を残存させる加工
を施した。Si34膜45を残存させた領域95は、G
aAs基板91の<0.−1.−1.>方向に対して平
行な方向及び垂直な方向それぞれに各10μmのピッチ
(t)で設けた。
Next, as shown in FIG.
A Si 3 N 4 film 45 was deposited on the surface of the type Al 0.10 Ga 0.90 As crystal layer 94 by a general plasma CVD method. Then, using a known near-ultraviolet exposure patterning technique, a process was performed in which the Si 3 N 4 film 45 was left limited to a rectangular region 95 having a width (w) of 3 μm and a length (l) of 5 μm. . The region 95 where the Si 3 N 4 film 45 is left is G
a <0. -1. -1. > In each of a direction parallel to the direction and a direction perpendicular to the direction, a pitch (t) of 10 μm was provided.

【0099】その後、Si34膜45を残存させた状態
で、図5に示した熱処理炉を用いて、720℃で15分
間に亘り、H2雰囲気中でSiドープn型Al0.10Ga
0.90As結晶層94の表面を加熱処理した。引き続き、
NH3気流中で720℃で15分間に亘り、窒素置換処
理を施した。これにより、Si34膜45で被覆した領
域以外の領域のAl0.10Ga0.90As結晶層94aを窒
素組成比が89%のAl0.10Ga0.90As0.110.89
晶とした。
Then, with the Si 3 N 4 film 45 remaining, using the heat treatment furnace shown in FIG. 5, at 720 ° C. for 15 minutes in an H 2 atmosphere, Si-doped n-type Al 0.10 Ga
The surface of the 0.90 As crystal layer 94 was heat-treated. Continued
Nitrogen replacement treatment was performed at 720 ° C. for 15 minutes in an NH 3 stream. As a result, the Al 0.10 Ga 0.90 As crystal layer 94 a in a region other than the region covered with the Si 3 N 4 film 45 was made into an Al 0.10 Ga 0.90 As 0.11 N 0.89 crystal having a nitrogen composition ratio of 89%.

【0100】この加熱処理により、Siドープn型Al
0.10Ga0.90As結晶層94の下部にある、層厚が2μ
mのSiドープn型Al0.30Ga0.70As層93におい
ても、その表面から深さ約0.8μmに至る表層部も併
せてAl0.30Ga0.70As0. 110.89結晶とした。その
後、720℃より室温に至る迄の間、NH3の供給を継
続しながら冷却した。
By this heat treatment, Si-doped n-type Al
The thickness of the layer below the 0.10 Ga 0.90 As crystal layer 94 is 2 μm.
Also in Si-doped n-type Al 0.30 Ga 0.70 As layer 93 m, and the Al 0.30 Ga 0.70 As 0. 11 N 0.89 crystals also to the surface portion extending to a depth of approximately 0.8μm from the surface thereof. Thereafter, cooling was performed while the supply of NH 3 was continued from 720 ° C. to room temperature.

【0101】冷却した後、Al0.10Ga0.90As結晶層
94の表面を再びSi34膜で被覆し、Al0.10Ga
0.90As0.110.89結晶とした領域以外の領域に限り、
選択的にSi34膜を開口する搾孔加工を施した。すな
わち、図9に示すパターンとは反対に、幅(w)3μ
m、長さ(l)5μmの長方形の領域を開口し、Al
0.10Ga0.90As結晶層94の特定の領域の表面を露出
した。
After cooling, the surface of the Al 0.10 Ga 0.90 As crystal layer 94 is again covered with a Si 3 N 4 film, and the Al 0.10 Ga
0.90 As 0.11 N 0.89 Only in the region other than the crystal region,
Punching was performed to selectively open the Si 3 N 4 film. That is, contrary to the pattern shown in FIG.
m, a rectangular area having a length (l) of 5 μm is opened, and Al
The surface of a specific region of the 0.10 Ga 0.90 As crystal layer 94 was exposed.

【0102】次いで、Si34膜を被覆した状態で、A
0.10Ga0.90As結晶層94のうち開口内に露出した
部分に窒素置換処理を施すべく、700℃において15
分間、H2雰囲気に暴露した後、引き続き、NH3気流中
で10分間に亘り窒素置換処理を施した。これにより、
Al0.10Ga0.90As結晶層94の開口内に露出した部
分を、窒素組成比を86%とするAl0.10Ga0.90As
0.140.86結晶96に変換した。
Next, with the Si 3 N 4 film covered, A
At 700 ° C., a portion of the l 0.10 Ga 0.90 As crystal layer 94 exposed to the inside of the opening is subjected to nitrogen purging.
After being exposed to the H 2 atmosphere for 10 minutes, the substrate was subjected to a nitrogen substitution treatment in an NH 3 stream for 10 minutes. This allows
The portion exposed in the opening of the Al 0.10 Ga 0.90 As crystal layer 94 is formed by Al 0.10 Ga 0.90 As with a nitrogen composition ratio of 86%.
The crystals were converted into 96 crystals of 0.14 N 0.86 .

【0103】以上の2回に亘る窒素置換処理により、図
8に示すように、Al0.10Ga0.90As0.110.89結晶
層94からなる母体材料の内部に、箱状のAl0.10Ga
0.90As0.140.86結晶96を内包するヘテロ接合構造
を形成することができた。すなわち、各々、III−V
族化合物半導体結晶層を構成する第V族元素であるAs
をN原子で置換してなる、窒素組成比が3%相違する含
窒素III−V族化合物半導体結晶からなるヘテロ接合
構造を形成することができた。
As shown in FIG. 8, by performing the above-described nitrogen substitution treatment twice, a box-shaped Al 0.10 Ga is formed inside the base material composed of the Al 0.10 Ga 0.90 As 0.11 N 0.89 crystal layer 94.
A heterojunction structure containing the 0.90 As 0.14 N 0.86 crystal 96 could be formed. That is, III-V
Which is a group V element constituting a group III compound semiconductor crystal layer
Was substituted with an N atom, and a heterojunction structure comprising a nitrogen-containing group III-V compound semiconductor crystal having a nitrogen composition ratio different by 3% was able to be formed.

【0104】[実施例4]本実施例では、窒素組成比が
3%相違するIII−V族化合物半導体結晶からなるヘ
テロ接合を内包する結晶層を備えた発光素子(LED;
半導体素子)を作製した。まず、図10に示すように、
実施例3においてAl0.10Ga0.90As結晶層94に窒
素置換処理を施して得られたAl0.10Ga0.90As0.11
0.89結晶層94a上に、一般的なMBE法を用いてM
gをドープしたp型窒化ガリウム(GaN)結晶層97
(層厚:0.1μm、キャリア濃度:4×1017
-3)を堆積した。
[Embodiment 4] In this embodiment, a light emitting device (LED; comprising a crystal layer containing a heterojunction made of a group III-V compound semiconductor crystal having a nitrogen composition ratio different by 3%);
Semiconductor element). First, as shown in FIG.
In Example 3, the Al 0.10 Ga 0.90 As 0.11 obtained by subjecting the Al 0.10 Ga 0.90 As crystal layer 94 to a nitrogen substitution treatment.
On the N 0.89 crystal layer 94a, M
g-doped p-type gallium nitride (GaN) crystal layer 97
(Layer thickness: 0.1 μm, carrier concentration: 4 × 10 17 c
m −3 ) was deposited.

【0105】このp型GaN結晶層97はp型上部クラ
ッド層5として以後、利用した。また、箱状のAl0.10
Ga0.90As0.140.86微結晶体とのヘテロ接合構造を
内包するAl0.10Ga0.90As0.110.89 結晶層94
aは発光層13とし、また、表層部をAl0.30Ga0.70
As0.110.89層に変換したAl0.30Ga0.70As結晶
層93を下部クラッド層1として各々利用した。そし
て、上部クラッド層5上の中央部には、直径が約120
μmのAuからなる円形の電極を形成し、p型オーム性
電極98とした。
The p-type GaN crystal layer 97 was used as the p-type upper cladding layer 5 hereinafter. In addition, box-shaped Al 0.10
Al 0.10 Ga 0.90 As 0.11 N 0.89 crystal layer 94 containing a heterojunction structure with Ga 0.90 As 0.14 N 0.86 microcrystal
a is the light emitting layer 13 and the surface layer portion is Al 0.30 Ga 0.70
The Al 0.30 Ga 0.70 As crystal layer 93 converted to the As 0.11 N 0.89 layer was used as the lower cladding layer 1. The diameter of the central part on the upper clad layer 5 is about 120.
A circular electrode made of μm of Au was formed to form a p-type ohmic electrode 98.

【0106】また、n型オーム性電極99は、導電性の
n型GaAs単結晶を基板91として用いている優位性
を利用し、このGaAs基板91の裏面に全面に形成し
た。このn型オーム性電極99は、重量比にして3%の
Geを含有する97%Au−3%GeからなるAu・G
e合金により構成した。その後、スクライブ法により基
板91を構成するGaAsの劈開方向に沿って該基板9
1を裁断し、個々のLEDチップとした。このLEDチ
ップの大きさは、一辺を350μmとする正方形とし
た。また、このLEDの発光平面積(約0.12m
2)内に存在する、幅3μm、長さ5μmの箱状微結
晶96の数を算出したところ、1225個であった。
The n-type ohmic electrode 99 is formed on the entire back surface of the GaAs substrate 91, taking advantage of the advantage of using a conductive n-type GaAs single crystal as the substrate 91. The n-type ohmic electrode 99 is made of Au.G consisting of 97% Au-3% Ge containing 3% Ge by weight.
It was composed of an e-alloy. Thereafter, the substrate 9 is cut along the cleavage direction of the GaAs constituting the substrate 91 by a scribe method.
1 was cut into individual LED chips. The size of this LED chip was a square with one side of 350 μm. In addition, the light emission plane area of this LED (about 0.12 m
The number of box-like microcrystals 96 having a width of 3 μm and a length of 5 μm existing in m 2 ) was calculated to be 1,225.

【0107】このようにして得られたLEDのn型及び
p型オーム性電極98、99間に直流電流を通電した。
一例として、20mAの順方向電流を通電させた際に
は、波長が約510nmの青緑色の発光が得られた。こ
の発光スペクトルの半値幅は約8nmであった。この半
値幅は、従来のIII−V族窒化物半導体成長層を逐一
積層してなる積層構造体からなる略同一波長の短波長可
視光を放射するLEDのそれに比較すれば、約2/3未
満であり、非常に優れたものとなった。また、この場合
の順方向電圧は約4Vであった。また、これらのn型及
びp型オーム性電極98、99間に10μAの逆方向電
流を通電させたときの逆方向電圧は、10Vを越えるも
のとなっており、pn接合特性(整流性)に優れた発光
素子が得られることが示された。
A DC current was applied between the n-type and p-type ohmic electrodes 98 and 99 of the LED thus obtained.
As an example, when a forward current of 20 mA was applied, blue-green light having a wavelength of about 510 nm was obtained. The half width of this emission spectrum was about 8 nm. This half-value width is less than about 2/3 of that of an LED which emits short-wavelength visible light having substantially the same wavelength and has a laminated structure in which conventional group III-V nitride semiconductor growth layers are laminated one by one. It was very good. In this case, the forward voltage was about 4V. Further, when a reverse current of 10 μA is applied between the n-type and p-type ohmic electrodes 98 and 99, the reverse voltage exceeds 10 V, and the pn junction characteristics (rectifying property) are reduced. It was shown that an excellent light emitting element was obtained.

【0108】以上、本発明の実施形態について図面に基
づき説明してきたが、具体的な構成は本実施形態に限定
されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で
設計の変更等が可能である。例えば、電子供給層24内
の表面領域24aの面積や形状等、開口部46の形状、
数、配置等は、各半導体素子の目的とする特性に合わせ
て変更することができる。
Although the embodiments of the present invention have been described with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to the embodiments, and a design change or the like can be made without departing from the gist of the present invention. It is. For example, the shape of the opening 46, such as the area and shape of the surface region 24a in the electron supply layer 24,
The number, arrangement, and the like can be changed according to the desired characteristics of each semiconductor element.

【0109】[0109]

【発明の効果】以上説明した様に、本発明のIII−V
族化合物半導体素子によれば、III−V族化合物半導
体からなる第1の結晶領域中の選択した領域を、その第
V族原子の一部または全部を窒素原子で置換してなる第
2の結晶領域とし、この第2の結晶領域と、この第2の
結晶領域を囲繞する前記第1の結晶領域とにより、ヘテ
ロ接合構造を形成したので、III−V族化合物半導体
結晶と、窒素原子で置換した含窒素III−V族化合物
半導体結晶とからなる量子構造を構成することができ
る。
As described above, according to the present invention, III-V
According to the group III compound semiconductor element, the second crystal is obtained by substituting a selected region in the first crystal region made of a group III-V compound semiconductor with a nitrogen atom for part or all of the group V atom. A heterojunction structure is formed by the second crystal region and the first crystal region surrounding the second crystal region, so that the group III-V compound semiconductor crystal is replaced with a nitrogen atom. And a nitrogen-containing group III-V compound semiconductor crystal.

【0110】また、III−V族化合物半導体結晶と含
窒素III族窒化物半導体微結晶とのヘテロ接合を用い
ることにより、例えば、発光スペクトルの半値幅の狭帯
化を達成することができ、したがって、III−V族窒
化物半導体素子の単色性を向上させることができる。
Further, by using a heterojunction of a group III-V compound semiconductor crystal and a nitrogen-containing group III nitride semiconductor microcrystal, for example, it is possible to achieve narrowing of the half width of the emission spectrum. , III-V nitride semiconductor device can be improved in monochromaticity.

【0111】また、本発明のIII−V族化合物半導体
素子の製造方法によれば、III−V族化合物半導体か
らなる第1の結晶領域中の選択した領域に、その第V族
原子の一部または全部を窒素原子で置換する窒素置換処
理を施して第2の結晶領域を形成し、この第2の結晶領
域と、この第2の結晶領域を囲繞する前記第1の結晶領
域とにより、ヘテロ接合構造を形成するので、従来のよ
うな煩雑な方法を用いることなく、III−V族化合物
半導体層の内部に選択的に禁止帯幅が相違する領域を有
する低次元の量子構造を容易に形成することができる。
Further, according to the method for manufacturing a group III-V compound semiconductor device of the present invention, a part of the group V atoms is added to the selected region in the first crystal region made of the group III-V compound semiconductor. Alternatively, a second crystal region is formed by performing a nitrogen substitution process of entirely replacing the second crystal region with a nitrogen atom, and the second crystal region and the first crystal region surrounding the second crystal region are hetero-structured. Since a junction structure is formed, a low-dimensional quantum structure having a region having a selectively different band gap within a III-V compound semiconductor layer can be easily formed without using a complicated method as in the related art. can do.

【0112】したがって、例えば、発光スペクトルの半
値幅が狭帯化され、したがって、単色性が向上したII
I−V族窒化物半導体発光素子を作製することができる
等、特性に優れた半導体素子を作製することができる。
Therefore, for example, the half width of the emission spectrum is narrowed, and the monochromaticity is improved II.
A semiconductor element having excellent characteristics can be manufactured, for example, an IV nitride semiconductor light emitting element can be manufactured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の一実施形態の変調ドーピング型電界
効果トランジスタの断面構造を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a modulation doping type field effect transistor according to one embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の一実施形態の窒素置換処理を施した
GaAsの深さ方向の原子濃度分布を示す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating an atomic concentration distribution in a depth direction of GaAs subjected to a nitrogen substitution process according to an embodiment of the present invention.

【図3】 本発明の実施例1の積層構造体の断面構造を
示す模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a cross-sectional structure of a laminated structure according to Example 1 of the present invention.

【図4】 本発明の実施例1の選択マスク材としたSi
34被膜に搾孔加工を施した状態を示す模式図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating Si as a selective mask material according to the first embodiment of the present invention.
In 3 N 4 film is a schematic view showing a state subjected to Shiboana processing.

【図5】 本発明の実施例1の熱処理装置の概略を示す
構成図である。
FIG. 5 is a configuration diagram schematically illustrating a heat treatment apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図6】 本発明の実施例1のGa0.47In0.53As
0.180.82結晶の周辺領域の透過型電子顕微鏡像を示す
模式図である。
FIG. 6 shows Ga 0.47 In 0.53 As of Example 1 of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a transmission electron microscope image of a peripheral region of a 0.18 N 0.82 crystal.

【図7】 本発明の実施例2のGaAs結晶層の内部に
選択的に形成したGaAsN微結晶粒の透過型電子顕微
鏡像を示す模式図である。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a transmission electron microscope image of GaAsN fine crystal grains selectively formed inside a GaAs crystal layer of Example 2 of the present invention.

【図8】 本発明の実施例3の母体材料と微結晶粒との
微細ヘテロ接合構造の断面構造を示す模式図である。
FIG. 8 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a fine hetero-junction structure of a base material and fine crystal grains of Example 3 of the present invention.

【図9】 本発明の実施例3のSiドープn型Al0.10
Ga0.90As結晶層の表面に残存させた長方形状のSi
34膜の配置状態を示す模式図である。
FIG. 9 shows a Si-doped n-type Al 0.10 of Example 3 of the present invention.
Rectangular Si remaining on the surface of the Ga 0.90 As crystal layer
Is a schematic view showing an arrangement of 3 N 4 film.

【図10】 本発明の実施例4の発光素子の断面構造を
示す模式図である。
FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a cross-sectional structure of a light emitting device according to Example 4 of the present invention.

【図11】 従来の多重量子井戸(MQW)構造を備え
たDH(ダブルヘテロ)構造の発光部の断面構造を示す
模式図である。
FIG. 11 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a light emitting unit having a DH (double hetero) structure having a conventional multiple quantum well (MQW) structure.

【図12】 従来のIII−V族窒化物半導体結晶を用
いた量子ドット構造の断面構造を示す模式図である。
FIG. 12 is a schematic view showing a cross-sectional structure of a conventional quantum dot structure using a group III-V nitride semiconductor crystal.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 下部クラッド層 2 障壁層 3 井戸層 4 MQW構造 5 上部クラッド層 11 結晶基板 12 緩衝層 13 発光層 14 GaBInCN結晶 15 障壁層 16 発光部 21 GaAs基板 22 GaAs緩衝層 23 n型チャネル層 24 電子供給層(第1の結晶領域) 24a 表面領域(第2の結晶領域) 24b 周囲の領域 25、26 n型GaAsコンタクト層 27 ソース電極 28 ドレイン電極 31 リセス部 32 ゲート電極 41 基板 42 Sドープn型InP気相成長層 43 Sドープn型Ga0.47In0.53As混晶層 44 積層構造体 45 アンドープSi34膜 46 開口部 51 熱処理炉(加熱炉) 52 炉体 53 高周波誘導コイル 54 支持台 55 熱電対 56 袋閉じ孔 57 ガス導入口 58 Arガス及びH2ガス導入用配管 59 NH3ガス導入用配管 60、61 開閉バルブ 71 Ga0.47In0.53As0.180.82結晶層 72 接合部 81 p型GaAs成長層 82 GaAsN微結晶粒 83 接合領域 84 歪場 91 Siドープn型GaAs単結晶基板 92 Siドープn型GaAs緩衝層 93 Siドープn型Al0.30Ga0.70As結晶層 94 Siドープn型Al0.10Ga0.90As結晶層 94a Al0.10Ga0.90As結晶層 95 長方形の領域 96 Al0.10Ga0.90As0.140.86結晶 97 p型GaN結晶層 98 p型オーム性電極 99 n型オーム性電極4 MQW structure 1 a lower cladding layer 2 barrier layer 3 well layers 5 the upper cladding layer 11 crystal substrate 12 the buffer layer 13 emitting layer 14 Ga B In C N crystal 15 barrier layer 16 emitting portion 21 GaAs substrate 22 GaAs buffer layer 23 n-type channel Layer 24 Electron supply layer (first crystal region) 24a Surface region (second crystal region) 24b Peripheral region 25, 26 n-type GaAs contact layer 27 Source electrode 28 Drain electrode 31 Recessed part 32 Gate electrode 41 Substrate 42 S Doped n-type InP vapor phase growth layer 43 S-doped n-type Ga 0.47 In 0.53 As mixed crystal layer 44 laminated structure 45 undoped Si 3 N 4 film 46 opening 51 heat treatment furnace (heating furnace) 52 furnace body 53 high frequency induction coil 54 Supporting stand 55 Thermocouple 56 Bag closing hole 57 Gas inlet 58 Ar gas and H 2 gas introduction piping 5 9 NH 3 gas introduction piping 60, 61 opening / closing valve 71 Ga 0.47 In 0.53 As 0.18 N 0.82 crystal layer 72 junction 81 p-type GaAs growth layer 82 GaAsN fine crystal grains 83 junction region 84 strain field 91 Si-doped n-type GaAs single Crystal substrate 92 Si-doped n-type GaAs buffer layer 93 Si-doped n-type Al 0.30 Ga 0.70 As crystal layer 94 Si-doped n-type Al 0.10 Ga 0.90 As crystal layer 94 a Al 0.10 Ga 0.90 As crystal layer 95 rectangular region 96 Al 0.10 Ga 0.90 As 0.14 N 0.86 crystal 97 p-type GaN crystal layer 98 p-type ohmic electrode 99 n-type ohmic electrode

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 III−V族化合物半導体からなるヘテ
ロ接合構造を備えた半導体素子であって、 III−V族化合物半導体からなる第1の結晶領域中の
選択した領域を、その第V族原子の一部または全部を窒
素原子で置換してなる第2の結晶領域とし、この第2の
結晶領域と、この第2の結晶領域を囲繞する前記第1の
結晶領域とにより、ヘテロ接合構造を形成したことを特
徴とするIII−V族化合物半導体素子。
1. A semiconductor device having a heterojunction structure made of a group III-V compound semiconductor, wherein a selected region in a first crystal region made of a group III-V compound semiconductor is replaced with a group V atom. And a second crystal region formed by substituting a part or the whole of the region with a nitrogen atom. The second crystal region and the first crystal region surrounding the second crystal region form a hetero junction structure. A group III-V compound semiconductor device characterized by being formed.
【請求項2】 前記第2の結晶領域を囲繞する前記第1
の結晶領域を、その第V族原子の一部または全部を窒素
原子で置換し、この窒素原子で置換した第1の結晶領域
の禁止帯幅は前記第2の結晶領域の禁止帯幅と異なるこ
とを特徴とする請求項1記載のIII−V族化合物半導
体素子。
2. The first crystal surrounding the second crystal region.
Is replaced with a nitrogen atom in part or all of the group V atom, and the band gap of the first crystal region replaced with the nitrogen atom is different from the band gap of the second crystal region. 3. The group III-V compound semiconductor device according to claim 1, wherein:
【請求項3】 前記第1の結晶領域の窒素組成比は、前
記第2の結晶領域の窒素組成比と比べて3%以上の差異
を有することを特徴とする請求項1または2記載のII
I−V族化合物半導体素子。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein a nitrogen composition ratio of the first crystal region has a difference of 3% or more as compared with a nitrogen composition ratio of the second crystal region.
Group IV compound semiconductor device.
【請求項4】 前記III−V族化合物半導体は、砒化
ガリウム(GaAs)、砒化ガリウム・インジウム(G
XInYAs:0<Y≦1、X+Y=1)、砒化アルミ
ニウム・ガリウム(AlWGaXAs:0<W≦1、W+
X=1)より選択された1種であることを特徴とする請
求項1、2または3記載のIII−V族化合物半導体素
子。
4. The group III-V compound semiconductor includes gallium arsenide (GaAs) and gallium indium arsenide (G).
a X In Y As: 0 <Y ≦ 1, X + Y = 1), aluminum gallium arsenide (Al W Ga X As: 0 <W ≦ 1, W +
4. The group III-V compound semiconductor device according to claim 1, wherein the compound is one selected from the group consisting of X = 1).
【請求項5】 III−V族化合物半導体からなるヘテ
ロ接合構造を備えた半導体素子の製造方法であって、 III−V族化合物半導体からなる第1の結晶領域中の
選択した領域に、その第V族原子の一部または全部を窒
素原子で置換する窒素置換処理を施して第2の結晶領域
を形成し、この第2の結晶領域と、この第2の結晶領域
を囲繞する前記第1の結晶領域とにより、ヘテロ接合構
造を形成することを特徴とするIII−V族化合物半導
体素子の製造方法。
5. A method of manufacturing a semiconductor device having a heterojunction structure made of a group III-V compound semiconductor, wherein a selected region in a first crystal region made of a group III-V compound semiconductor has a first A second crystal region is formed by performing a nitrogen substitution process for substituting a part or all of the group V atoms with nitrogen atoms, and forming the second crystal region and the first crystal region surrounding the second crystal region. A method for manufacturing a group III-V compound semiconductor device, comprising forming a heterojunction structure with a crystal region.
【請求項6】 前記第2の結晶領域を形成した後、該第
2の結晶領域を囲繞する前記第1の結晶領域に、その第
V族原子の一部または全部を窒素原子で置換する窒素置
換処理を施し、該第1の結晶領域の窒素組成比を前記第
2の結晶領域の窒素組成比と相違させることを特徴とす
る請求項5記載のIII−V族化合物半導体素子の製造
方法。
6. After forming the second crystal region, the first crystal region surrounding the second crystal region is provided with nitrogen for replacing a part or all of the group V atoms with nitrogen atoms. 6. The method for manufacturing a group III-V compound semiconductor device according to claim 5, wherein a substitution process is performed to make a nitrogen composition ratio of said first crystal region different from a nitrogen composition ratio of said second crystal region.
JP13398998A 1998-05-15 1998-05-15 Group iii-v compound semiconductor element, and its manufacture Pending JPH11330550A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP13398998A JPH11330550A (en) 1998-05-15 1998-05-15 Group iii-v compound semiconductor element, and its manufacture

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP13398998A JPH11330550A (en) 1998-05-15 1998-05-15 Group iii-v compound semiconductor element, and its manufacture

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH11330550A true JPH11330550A (en) 1999-11-30

Family

ID=15117794

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP13398998A Pending JPH11330550A (en) 1998-05-15 1998-05-15 Group iii-v compound semiconductor element, and its manufacture

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH11330550A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011124273A (en) * 2009-12-08 2011-06-23 Toyota Motor Corp Wiring structure manufacturing method, and wiring structure

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011124273A (en) * 2009-12-08 2011-06-23 Toyota Motor Corp Wiring structure manufacturing method, and wiring structure

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6841410B2 (en) Method for forming group-III nitride semiconductor layer and group-III nitride semiconductor device
US20120064653A1 (en) Nitride semiconductor device and method for growing nitride semiconductor crystal layer
EP2816588B1 (en) Process for producing a diamond semiconductor element
JP3470623B2 (en) Method for growing nitride III-V compound semiconductor, method for manufacturing semiconductor device, and semiconductor device
TWI287256B (en) Semiconductor substrate and semiconductor device manufactured by epitaxial growth on the semiconductor substrate
US5670798A (en) Integrated heterostructures of Group III-V nitride semiconductor materials including epitaxial ohmic contact non-nitride buffer layer and methods of fabricating same
US5432808A (en) Compound semicondutor light-emitting device
EP0881666B2 (en) P-type nitrogen compound semiconductor and method of manufacturing same
EP2336397A2 (en) Non-polar (Al,B,In,Ga)N-based device with a reduced dislocation density and method for its manufacture
JP3987898B2 (en) Quantum dot forming method and quantum dot structure
JPH08115880A (en) Manufacture of p-type gan semiconductor
JP4305982B2 (en) Manufacturing method of semiconductor light emitting device
JP4639649B2 (en) Method for growing III-V compound semiconductor layer, epitaxial wafer, and semiconductor device
JP3547320B2 (en) GaN-based compound semiconductor device
JPH11330550A (en) Group iii-v compound semiconductor element, and its manufacture
JPH11224859A (en) Doping method for gallium nitride compound semiconductor and manufacture of semiconductor element
JP3549728B2 (en) Method of forming group III nitride semiconductor crystal and semiconductor device including the same
JPH11162849A (en) Laminated structure and manufacture thereof
Piotrowska et al. 50 Years of Compounds Semiconductors at the Institute of Electron Technology, Warsaw
JPH11135831A (en) Gallium nitride group compound semiconductor wafer and compound semiconductor element
KR20180057125A (en) Nitride Semiconductor Substrate having Semi-insulating Layer and Method for manufacturing thereof
JPH07326576A (en) Thin film formation of iii-v compound semiconductor
JPH03179751A (en) Manufacture of semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20040106