JPH0281483A - 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

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JPH0281483A
JPH0281483A JP63232886A JP23288688A JPH0281483A JP H0281483 A JPH0281483 A JP H0281483A JP 63232886 A JP63232886 A JP 63232886A JP 23288688 A JP23288688 A JP 23288688A JP H0281483 A JPH0281483 A JP H0281483A
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久喜 加藤
Akira Mabuchi
馬渕 彰
Isamu Akasaki
勇 赤崎
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】
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。
【従来技術】
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窒化アルミニウム
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
長させた構造をとっている。
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の発光ダイオードの発光輝度を向上させ
るためには、発光に寄与するキャリア数を多くするため
に、NFJの厚さはできるだけ厚い方が望ましい。又、
良質な1層の結晶を得るためにもN層の厚さは厚い方が
望ましい。 一方、動作電圧を均一にするためには、1層の膜厚は薄
く均一に精度良く制御される必要がある。 ところが、従来のMOVPE法だけで結晶成長させると
、結晶成長速度が遅く、厚いN層を形成するのに時間が
かかるという問題がある。 一方、サファイア基板上に順次N型GaN、1型GaN
をハライド気相成長法で成長させるという方法もあるが
、ハライド気相成長法では成長速度が速く1層の膜厚を
薄く均一にすることが困難であった。 本発明者らはGaNの結晶成長について研究を重ねてき
た結果、ハライド気相成長法で大部分のN層を成長させ
た後、上層部を薄<MOVPE法で成長させることによ
り、その上にMOVPE法により結晶性の良い1層を成
長させることができることを見出した。 本発明は、係る結論に基づいてなされたものであり、そ
の目的は、発光素子の製造速度及び発光特性を向上させ
ることである。
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための発明の構成は、サファイア基
板と、サファイア基板上に直接的又は間接的に成長した
N型の窒化ガリウム系化合物半導体(A I2X G 
a =−N : X=Oを含む)からなるN層と、N層
上に成長した■型の窒化ガリウム系化合物半導体(Al
xGa1 +−x N ;x=oを含む)からなる1層
とを有し、 N層はハライド気相成長法により成長させた膜厚の厚い
第1N層と、その第1N層の上に有機金屑化合物気相成
長法(MOVPE)で成長させた膜厚の薄い第2N層と
を有し、 1層は有機金属化合物気相成長法(MOVPE)で成長
させたことを特徴とする。
【発明の効果】
N層の大部分はハライド気相成長法により成長されるた
め、厚いNF31が高速度で得られるので、発光素子の
製造速度が向上した。又、N層の上層部の第2N層はM
OVPE法で形成し、その上に1層をMOVPE法で成
長したので、1層は結晶性が良く且つその層厚が均一に
制御された。その結果、発光特性が向上した。
【実施例】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。 第1実施例 第1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軟岩させた後、
そのサファイア基板2をハライド気相成長装置のサセプ
タに取り付けた。その後、反応室の温度を900℃とし
て、ガス流の上流側に載置された金属GaにHC1ガス
を流し、両者の反応生成物として得られたGaCj’と
、NH,と、キャリアガスN、を1000℃に加熱され
たサファイア基板2に向かって流した。流速はGaCl
1が10m1/分、NH,が1.OA/分、N、が2.
0117分とした。 サファイア基板2上に成長したN型のGaNから成る第
1N層4の厚さは20即であり、その成長速度は約1虜
/分であった。 次に、第1N層4が成長したサファイア基板2をハライ
ド気相成長装置から取り出し、MOVPE装置の反応室
のサセプタに載置した。そして、そして、サファイア基
板2を1000t′に加熱して、キャリアガスとしてH
7を2.5jl!/分、N H、を、1.5j!/分、
トリメチルガリウム(TMG)を20rnl/分の割合
で12分間供給し、膜厚約2虜のN型のG a Nから
成る第2N層8を形成した。 次に、サファイア基板2を900℃にして、H2を2.
51.7分、N H、を1.511/分、TMGを15
ntl/分、ジエチル亜鉛(DEZ)を5XIO−’モ
ル/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1.0μsに形成した。 次に、第1N層4及び第2N層8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の第1N層4
.第2N層8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(RIIIEED)により
、それぞれ、良好な結晶性が得られていることが分かっ
た。 特に、第1N層4をハライド気相成長法で高速に成長さ
せ、その上にMOVPE法で精密に成長させた第2N層
8を形成したので、1層5の結晶性は、N層をハライド
気相成長法だけで成長させたものに比べて良くなった。 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10mc
dであった。 第2実施例 第2図は第2実施例に係る発光ダイオード10の構成を
示した断面図である。第1実施例と同様にして、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燥させた後、そのサファイ
ア基板2をMOVPE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600℃に加熱して、キャリ
アガスとしてHりを212/分、NH,を1.51/分
、トリメチルアルミニウム(TMA)を15−/分の割
合で6分間供給し、AINから成るバッファ層3を厚さ
約0.1μsに形成した。その後、第1実施例と同様な
手順にて、第1N層4.第2N層8.1層5を順次形成
して、発光ダイオード10を作成した。 このように作成された発光ダイオード10の第1NFJ
4.第2N層8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(R11(!BD)によ
り、それぞれ、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(軸上輝りは10mcdで
あった。 第3実施例 本実施例は、第2実施例において、第2図のバッファ層
3を分子線エピタキシー法(MBE)により作成したも
のである。 第2実施例と同様にして、主面を0面((0001)面
)とするサファイア基板2を洗浄した後、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(AIN)から成るバ
ッファ層3を約500人の厚さに形成した。 その後の第1N層4.第2N層8.1層5.電極6.7
の作成方法は、第1実施例と同様である。 このようにして得られた発光ダイオードの第1N層4.
第2N層8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(RIIEHD)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
480nn+であり、発光強度(軸上輝度)は10mc
’d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、m1NFjF4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、第1N層4、第2N層8
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、第1N層4、第2N
層8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、多結晶さする成長′a度は、室温〜−50
0℃が望ましい。 又、第1N層4、第2N層8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100〜100
0人が望ましい。 尚、上記実施例では、第1N層4、第2N層8及び1層
5をGaNで形成したが、AIXGaNで形成しても良
い。
【図面の簡単な説明】
第1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。第2図は他の実施例に
係る発光ダイオードの構成を示した構成図である。 1゜ 10 ・発光ダイオード 2 ・サファイア基板バッフ
ァ層 4 第1N層 8 第2N層■層 特許出願人  豊田合戊株式会社 同   名古屋大学長 同    新技術開発事業団 代  理  人     藤    谷       
修第1

Claims (1)

  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直接的又は間接的に成長した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N層はハライド気相成長法により成長させた膜厚の
    厚い第1N層と、その第1N層の上に有機金属化合物気
    相成長法(MOVPE)で成長させた膜厚の薄い第2N
    層とを有し、 前記I層は有機金属化合物気相成長法(MOVPE)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。
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