JPH0281482A - 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 - Google Patents
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子Info
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- JPH0281482A JPH0281482A JP63232885A JP23288588A JPH0281482A JP H0281482 A JPH0281482 A JP H0281482A JP 63232885 A JP63232885 A JP 63232885A JP 23288588 A JP23288588 A JP 23288588A JP H0281482 A JPH0281482 A JP H0281482A
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- Japan
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- compound semiconductor
- gallium nitride
- buffer layer
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
本発明は青色発光の窒化ガリウム系化合物半導体発光素
子に関する。
子に関する。
従来、青色の発光ダイオードとしてＧａＮ系の化合物半
導体を用いたものが知られている。そのＧａＮ系の化合
物半導体は直接遷移であることから発光効率が高いこと
、光の３原色の１つである青色を発光色とすること等か
ら注目されている。 このようなＧａＮ系の化合物半導体を用いた発光ダイオ
ードは、サファイア基板上に直接又は漣化アルミニウム
から成るバッファ層を介在させて、Ｎ導電型のＧａＮ系
の化合物半導体から成るＮ層を成長させ、そのＮ層の上
に１導電型のＧａＮ系の化合物半導体から成る１層を成
長させた構造を二っている。ごして、Ｊ−の成長方法と
して、ハライド気相成長法、有機金属化合物気相成長法
（ＭＯＶＰＥ）が用いられている。
導体を用いたものが知られている。そのＧａＮ系の化合
物半導体は直接遷移であることから発光効率が高いこと
、光の３原色の１つである青色を発光色とすること等か
ら注目されている。 このようなＧａＮ系の化合物半導体を用いた発光ダイオ
ードは、サファイア基板上に直接又は漣化アルミニウム
から成るバッファ層を介在させて、Ｎ導電型のＧａＮ系
の化合物半導体から成るＮ層を成長させ、そのＮ層の上
に１導電型のＧａＮ系の化合物半導体から成る１層を成
長させた構造を二っている。ごして、Ｊ−の成長方法と
して、ハライド気相成長法、有機金属化合物気相成長法
（ＭＯＶＰＥ）が用いられている。
ところで、上記の発光ダイオードの性能は、活性層であ
る１層の結晶性にかかっている。その１層の結晶性はＮ
層の結晶性に依存している。そして、Ｎ層の結晶性を向
上させるために、結晶のミスフイツトを減少させる目的
でサファイア基板とＮ層間にバッファ層を介在させてい
る。このバッファ層の結晶性によりＮ層の結晶性が支配
される。 本発明者らは、かかる結晶成長について研究を重ねてき
た。その結果、次のことが判明された。 第１に、このバッファ層はＭＯＣＶＤ法により成長させ
ることから、成長温度を高くする必要があり、そのため
、ピットが生じ易く、そのことがＮ層の結晶性を阻害す
る。 第２に、Ｎ層の結晶性を向上させるには、バッファ層は
非常に薄い結晶成長の核が均一に分散していることが必
要である。しかし、そのことを阻止する原因として、Ｍ
ＯＣＶＤ法では、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）と
アンモニア（ＮＨ，）の反応により窒化アルミニウム（
ＡＩＮ）を成長させる時に、メチル基、水素等の立体障
害がある。 第３に、発光ダイオードの特性上からは、Ｎ層や１層へ
のアルミニウム原子の拡散等を防止するためにもバッフ
ァ層の厚さは可能な限り簿い方が望ましい。 本発明は、このような結論を元に完成されたものであり
、その目的は、バッファ層を結晶成長の核を均一に分散
させたものとすることにより、Ｎ層及び１層の結晶性を
向上させることができ、更に発光ダイオードの発光特性
を向上させることである。
る１層の結晶性にかかっている。その１層の結晶性はＮ
層の結晶性に依存している。そして、Ｎ層の結晶性を向
上させるために、結晶のミスフイツトを減少させる目的
でサファイア基板とＮ層間にバッファ層を介在させてい
る。このバッファ層の結晶性によりＮ層の結晶性が支配
される。 本発明者らは、かかる結晶成長について研究を重ねてき
た。その結果、次のことが判明された。 第１に、このバッファ層はＭＯＣＶＤ法により成長させ
ることから、成長温度を高くする必要があり、そのため
、ピットが生じ易く、そのことがＮ層の結晶性を阻害す
る。 第２に、Ｎ層の結晶性を向上させるには、バッファ層は
非常に薄い結晶成長の核が均一に分散していることが必
要である。しかし、そのことを阻止する原因として、Ｍ
ＯＣＶＤ法では、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）と
アンモニア（ＮＨ，）の反応により窒化アルミニウム（
ＡＩＮ）を成長させる時に、メチル基、水素等の立体障
害がある。 第３に、発光ダイオードの特性上からは、Ｎ層や１層へ
のアルミニウム原子の拡散等を防止するためにもバッフ
ァ層の厚さは可能な限り簿い方が望ましい。 本発明は、このような結論を元に完成されたものであり
、その目的は、バッファ層を結晶成長の核を均一に分散
させたものとすることにより、Ｎ層及び１層の結晶性を
向上させることができ、更に発光ダイオードの発光特性
を向上させることである。
本発明は、本発明者らによって初めて明らかにされた上
記結論に立脚するものであり、本発明者らは、バッファ
層を分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）で成長させれば望
ましい結果が得られることを初めて着想したのである。 即ち、上記課題を解決するだめの発明の構成は、サファ
イア基板と、サファイア基板上に成長した窒化アルミニ
ウム（Ａ Ｉ Ｎ）から成るバッファ層と、バッファ層
上に戊長したＮ型の窒化ガリウム系化合物半導体（Ａ
ｆ Ｘ Ｇ ａ Ｉ−ｘ Ｎ ； Ｘ＝Ｏを含む）から
なるＮ層と、Ｎ層上に成長したＩ型の窒化ガリウム系化
合物半導体（Ａ Ｉ Ｘ Ｇ ａ ｌ−Ｘ Ｎ ：ｘ−
Ｏを含む）からなる１層とを有し、バッファ層を分子線
エピタキシー法（ＭＢＥ）で成長させたことを特徴とす
るものである。
記結論に立脚するものであり、本発明者らは、バッファ
層を分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）で成長させれば望
ましい結果が得られることを初めて着想したのである。 即ち、上記課題を解決するだめの発明の構成は、サファ
イア基板と、サファイア基板上に成長した窒化アルミニ
ウム（Ａ Ｉ Ｎ）から成るバッファ層と、バッファ層
上に戊長したＮ型の窒化ガリウム系化合物半導体（Ａ
ｆ Ｘ Ｇ ａ Ｉ−ｘ Ｎ ； Ｘ＝Ｏを含む）から
なるＮ層と、Ｎ層上に成長したＩ型の窒化ガリウム系化
合物半導体（Ａ Ｉ Ｘ Ｇ ａ ｌ−Ｘ Ｎ ：ｘ−
Ｏを含む）からなる１層とを有し、バッファ層を分子線
エピタキシー法（ＭＢＥ）で成長させたことを特徴とす
るものである。
本発明は、サファイア基板上に戊長し、サファイアと窒
化ガリウム系化合物半導体との格子不整合を緩和する窒
化アルミニウムから成るバッファ層を分子線エピタキシ
ー法で成長させたので、窒〜 化アルミニウムの核を均一に薄く分散させることができ
、その上に成長させるＮ層及び１層の単結晶性を向上さ
せることができた。従って、発光ダイオードの発光特性
を向上させることができた。
化ガリウム系化合物半導体との格子不整合を緩和する窒
化アルミニウムから成るバッファ層を分子線エピタキシ
ー法で成長させたので、窒〜 化アルミニウムの核を均一に薄く分散させることができ
、その上に成長させるＮ層及び１層の単結晶性を向上さ
せることができた。従って、発光ダイオードの発光特性
を向上させることができた。
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。図
は本発明の具体的な一実施例に係る発光ダイオード１の
構成を示した断面図である。 主面を０面（（０００１）面）とするサファイア基板２
を硝酸で洗浄した後、更にアセトンで洗浄した。 そして、洗浄後、窒素ガスを吹き付けて乾怪させた後、
そのサファイア基板２をＭＢＥ装置のサセプタに取り付
けた。その後、サファイア基板２を５００℃に加熱して
、窒素ガスプラズマ中で、アルミニウムを蒸発させて、
サファイア基板２の主面上に窒化アルミニウム（ＡｌＮ
）から成るバッファ層３を約５００人の厚さに形成した
。 その後、このバッファ層３の形成されたサファイア基板
２をＭＢＥ装置からグラブボックスを通じて、そのサフ
ァイア基板２をＭＯＶＰＥ！置の反応室のサセプタに取
り付けた。そして、サファイア基板２を１０００℃に加
熱して、キャリアガスとしてＨ７を２，５１／分、ＮＨ
，をり、５１／分、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）を２
０ｄ／分の割合で６０分間供給し、収厚約１０μｓのＮ
型のＧａＮから成る８層４を形成した。 次に、サファイア基板２を９００℃にして、Ｈ２を２．
５ｆ／分、ＮＨ，を１．５Ｉ！／分、ＴＭＧを１５ｒｎ
ｌ／分、ジエチル亜鉛（ＤＥＺ）を１０−３ｍ１／分の
割合で５分間供給して、■型のＧａＮから戊る１層５を
膜厚１．０−に形成した。 次に、８層４の側壁と１層５の上面にアルミニウム電極
６．７を蒸着して、発光ダイオードを形成した。 このようにして得られた発光ダイオード１の８層４及び
１層５の断面の顕微鏡写真、高エネルギー電子線による
反射回折法（ＲＨＩＥＥＤ）により、良好な結晶性が得
られていることが分かった。 又、この発光ダイオード１の発光ピークのスペクトルは
４８０ｎｍであり、発光強度（軸上輝度）は１０ｍｃｄ
であった。 尚、本発明者らの考察によれば、ＭＢＥで形成されたバ
ッファ層３では、８層４のＧａＮの成長の核が、バッフ
ァ層３をＭＯＶＰＥで成長させたものと比べて、均一に
分散し、そのために、８層４及び１層５の単結晶性が良
くなったと考えられる。 又、バッファ層３は、サファイア基板２を５００℃にし
てＭＢＥで形成したので、多結晶であった。 又、本発明者らは、バッファ層３は多結晶で成長させた
方が単結晶で成長させた方よりも、ＮＦ’４及び１層５
の単結晶性が良いことも見出した。 このためにもＭＢＥでバッファ層３を成長させることは
効果があり、多結晶とする成長温度は、室温〜５００℃
が望ましい。 又、８層４及び１層５の単結晶性を良くするためには、
バッファ層３の厚さは１００〜１０００人が望ましい。 尚、上記実施例では、８層４及び１層５をＧａＮで形成
したが、ＡｌｘＧａ＋−ｘＮで形成しても良い。
は本発明の具体的な一実施例に係る発光ダイオード１の
構成を示した断面図である。 主面を０面（（０００１）面）とするサファイア基板２
を硝酸で洗浄した後、更にアセトンで洗浄した。 そして、洗浄後、窒素ガスを吹き付けて乾怪させた後、
そのサファイア基板２をＭＢＥ装置のサセプタに取り付
けた。その後、サファイア基板２を５００℃に加熱して
、窒素ガスプラズマ中で、アルミニウムを蒸発させて、
サファイア基板２の主面上に窒化アルミニウム（ＡｌＮ
）から成るバッファ層３を約５００人の厚さに形成した
。 その後、このバッファ層３の形成されたサファイア基板
２をＭＢＥ装置からグラブボックスを通じて、そのサフ
ァイア基板２をＭＯＶＰＥ！置の反応室のサセプタに取
り付けた。そして、サファイア基板２を１０００℃に加
熱して、キャリアガスとしてＨ７を２，５１／分、ＮＨ
，をり、５１／分、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）を２
０ｄ／分の割合で６０分間供給し、収厚約１０μｓのＮ
型のＧａＮから成る８層４を形成した。 次に、サファイア基板２を９００℃にして、Ｈ２を２．
５ｆ／分、ＮＨ，を１．５Ｉ！／分、ＴＭＧを１５ｒｎ
ｌ／分、ジエチル亜鉛（ＤＥＺ）を１０−３ｍ１／分の
割合で５分間供給して、■型のＧａＮから戊る１層５を
膜厚１．０−に形成した。 次に、８層４の側壁と１層５の上面にアルミニウム電極
６．７を蒸着して、発光ダイオードを形成した。 このようにして得られた発光ダイオード１の８層４及び
１層５の断面の顕微鏡写真、高エネルギー電子線による
反射回折法（ＲＨＩＥＥＤ）により、良好な結晶性が得
られていることが分かった。 又、この発光ダイオード１の発光ピークのスペクトルは
４８０ｎｍであり、発光強度（軸上輝度）は１０ｍｃｄ
であった。 尚、本発明者らの考察によれば、ＭＢＥで形成されたバ
ッファ層３では、８層４のＧａＮの成長の核が、バッフ
ァ層３をＭＯＶＰＥで成長させたものと比べて、均一に
分散し、そのために、８層４及び１層５の単結晶性が良
くなったと考えられる。 又、バッファ層３は、サファイア基板２を５００℃にし
てＭＢＥで形成したので、多結晶であった。 又、本発明者らは、バッファ層３は多結晶で成長させた
方が単結晶で成長させた方よりも、ＮＦ’４及び１層５
の単結晶性が良いことも見出した。 このためにもＭＢＥでバッファ層３を成長させることは
効果があり、多結晶とする成長温度は、室温〜５００℃
が望ましい。 又、８層４及び１層５の単結晶性を良くするためには、
バッファ層３の厚さは１００〜１０００人が望ましい。 尚、上記実施例では、８層４及び１層５をＧａＮで形成
したが、ＡｌｘＧａ＋−ｘＮで形成しても良い。
図は本発明の具体的な一実施例に係る発光ダイオードの
構成を示した構成図である。 １ 発光ダイオード ２ サファイア基板３−バッファ
層 ４ Ｎ層 ５ １層 特許出願人 豊田合或株式会社 同 名古屋大学長 同 新技術開発事業団
構成を示した構成図である。 １ 発光ダイオード ２ サファイア基板３−バッファ
層 ４ Ｎ層 ５ １層 特許出願人 豊田合或株式会社 同 名古屋大学長 同 新技術開発事業団
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 サファイア基板と、 前記サファイア基板上に成長した窒化アルミニウム（Ａ
ｌＮ）から成るバッファ層と、 前記バッファ層上に成長したＮ型の窒化ガリウム系化合
物半導体（Ａｌ＿ｘＧａ＿１＿−＿ｘＮ；Ｘ＝０を含む
）からなるＮ層と、 前記Ｎ層上に成長したＩ型の窒化ガリウム系化合物半導
体（Ａｌ＿ｘＧａ＿１＿−＿ｘＮ；Ｘ＝０を含む）から
なるＩ層とを有し、 前記バッファ層を分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）で成
長させたことを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体
発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23288588A JP2829319B2 (ja) | 1988-09-16 | 1988-09-16 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23288588A JP2829319B2 (ja) | 1988-09-16 | 1988-09-16 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0281482A true JPH0281482A (ja) | 1990-03-22 |
| JP2829319B2 JP2829319B2 (ja) | 1998-11-25 |
Family
ID=16946368
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23288588A Expired - Lifetime JP2829319B2 (ja) | 1988-09-16 | 1988-09-16 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2829319B2 (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5237182A (en) * | 1990-11-29 | 1993-08-17 | Sharp Kabushiki Kaisha | Electroluminescent device of compound semiconductor with buffer layer |
| US5278433A (en) * | 1990-02-28 | 1994-01-11 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Light-emitting semiconductor device using gallium nitride group compound with double layer structures for the n-layer and/or the i-layer |
| WO1994003931A1 (en) * | 1992-08-07 | 1994-02-17 | Asahi Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha | Nitride based semiconductor device and manufacture thereof |
| US5408120A (en) * | 1992-07-23 | 1995-04-18 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Light-emitting device of gallium nitride compound semiconductor |
| AU679277B2 (en) * | 1994-08-22 | 1997-06-26 | Korea Research Institute Of Chemical Technology | A process for growth of gallium nitride |
| US5733796A (en) * | 1990-02-28 | 1998-03-31 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Light-emitting semiconductor device using gallium nitride group compound |
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| EP1039555A1 (en) * | 1999-03-05 | 2000-09-27 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Group III nitride compound semiconductor device |
| JP2001015803A (ja) * | 1999-06-29 | 2001-01-19 | Showa Denko Kk | ＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード |
| US6362017B1 (en) | 1990-02-28 | 2002-03-26 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Light-emitting semiconductor device using gallium nitride group compound |
| US6830992B1 (en) | 1990-02-28 | 2004-12-14 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Method for manufacturing a gallium nitride group compound semiconductor |
| US6939733B2 (en) | 1999-03-31 | 2005-09-06 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Group III nitride compound semiconductor device and method of producing the same |
| JP2009021619A (ja) * | 1991-03-18 | 2009-01-29 | Trustees Of Boston Univ | サファイア基板を活性窒素に暴露して半導体デバイスを作製する方法及び半導体デバイス |
| CN105390578A (zh) * | 2015-12-04 | 2016-03-09 | 天津三安光电有限公司 | 一种氮化物底层及其制备方法 |
Families Citing this family (2)
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|---|---|---|---|---|
| US6996150B1 (en) | 1994-09-14 | 2006-02-07 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
| JP2002075880A (ja) | 2000-09-01 | 2002-03-15 | Sanyo Electric Co Ltd | 窒化物系半導体層の形成方法および窒化物系半導体素子の製造方法 |
-
1988
- 1988-09-16 JP JP23288588A patent/JP2829319B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US6607595B1 (en) | 1990-02-28 | 2003-08-19 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Method for producing a light-emitting semiconductor device |
| US6593599B1 (en) | 1990-02-28 | 2003-07-15 | Japan Science And Technology Corporation | Light-emitting semiconductor device using gallium nitride group compound |
| US5733796A (en) * | 1990-02-28 | 1998-03-31 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Light-emitting semiconductor device using gallium nitride group compound |
| US6472689B1 (en) | 1990-02-28 | 2002-10-29 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Light emitting device |
| US6362017B1 (en) | 1990-02-28 | 2002-03-26 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Light-emitting semiconductor device using gallium nitride group compound |
| US5278433A (en) * | 1990-02-28 | 1994-01-11 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Light-emitting semiconductor device using gallium nitride group compound with double layer structures for the n-layer and/or the i-layer |
| US6472690B1 (en) | 1990-02-28 | 2002-10-29 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Gallium nitride group compound semiconductor |
| US5237182A (en) * | 1990-11-29 | 1993-08-17 | Sharp Kabushiki Kaisha | Electroluminescent device of compound semiconductor with buffer layer |
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| JP2010093271A (ja) * | 1991-03-18 | 2010-04-22 | Trustees Of Boston Univ | サファイア基板を活性窒素に暴露して半導体デバイスを作製する方法及び半導体デバイス |
| USRE36747E (en) * | 1992-07-23 | 2000-06-27 | Toyoda Gosei Co., Ltd | Light-emitting device of gallium nitride compound semiconductor |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2829319B2 (ja) | 1998-11-25 |
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