JPH079999B2 - 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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JPH079999B2
JPH079999B2 JP2112487A JP2112487A JPH079999B2 JP H079999 B2 JPH079999 B2 JP H079999B2 JP 2112487 A JP2112487 A JP 2112487A JP 2112487 A JP2112487 A JP 2112487A JP H079999 B2 JPH079999 B2 JP H079999B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】
本発明は窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の構造に
関する。
【従来技術】
従来、有機金属化合物気相成長法(以下「MOVPE」と記
す)を用いて、窒化ガリウム系化合物半導体(AlxGa1-x
N;X=0を含む)薄膜をサファイア基板上に気相成長さ
せた構造の発光素子が研究されている。 この発光素子は第5図に示すように、サファイア基板1
の上にN型のGaNから成るN層2とその上に亜鉛をドー
プして形成されたI型のGaNから成るI層3とを形成
し、I層3の上面に電極5とN層2の側面に電極6とを
形成したものである。
【発明が解決しようとする問題点】
このように、発光素子はサファイア基板を用いているた
め、電極6の位置がN層2の側面になり、製造が困難で
あるという問題がある。 また、N層2の電極をI層3の電極5と同一面に形成す
る場合には、所定のパターンに蒸着された絶縁膜をマス
クにしてI層を選択的に形成した後、絶縁膜を除去して
露出したN層に電極を形成する試みがなされている。 しかし、絶縁膜をマスクにしたI層の選択成長が行い難
いという問題があり、絶縁膜上にもI層が形成されるた
め絶縁膜のみ除去することに困難性があった。 本発明は、上記の問題点を解決するために成されたもの
であり、その目的とするところは、窒化ガリウム系化合
物半導体発光素子の製造を容易にすることである。
【問題点を解決するための手段】
上記問題点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形成されたバッファ層と、
バッファ層上に形成されたN型の窒化ガリウム系化合物
半導体(AlxGa1-xN;X=0を含む)からなるN層と、N
層の主面に電流が通過できる程度に極めて薄くパターン
形成された二酸化シリコン(SiO2)薄膜と、二酸化シリ
コン薄膜がパターン形成されたN層の上に不純物をドー
プして選択成長され、該N層に接合するI型の窒化ガリ
ウム系化合物半導体(AlxGa1-xN;X=0を含む)からな
るI層と、二酸化シリコン薄膜の上にI層の成長と同時
に形成され、該二酸化シリコン薄膜に接合する非単結晶
の導電層と、I層と前記導電層の表面に、それぞれ、接
合する電極層とを設けたことである。
【作用】
サファイア基板上にバッファ層を形成し、そのバッファ
層上にGaNのN層を形成する。そして、そのN層の主面
に電流が通過できる程度に極めて薄くパターン形成され
た二酸化シリコン薄膜をマスクとして、I型の窒化ガリ
ウム系化合物半導体を気相成長させると、二酸化シリコ
ン薄膜によりマスクされていない部分、即ち、N層が露
出した部分には単結晶のI型の窒化ガリウム系化合物半
導体が成長するが、二酸化シリコン薄膜上には単結晶は
成長せず多結晶又はアモルファスとなることが実験によ
り判明した。そして、この二酸化シリコン薄膜上に成長
した非単結晶の窒化ガリウム系化合物半導体から成る層
(導電層)は単結晶のI層より導電性を示すので、二酸
化シリコン薄膜を導電性を有する程に薄く形成すれば、
その導電層をN層に対するリードとすることができる。 したがって、上記のような二酸化シリコン薄膜に対する
窒化ガリウム系化合物半導体の選択成長性を利用すれ
ば、I層の電極とN層の電極を同一面に容易に形成する
ことが出来る。尚、N層からの電流は上記の二酸化シリ
コン膜を通過して、導電層に至る。
【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図は本発明の具体的な一実施例に係る気相成長装置の
構成を示した断面図である。石英反応管21で囲われた反
応室20では、サセプタ22が操作棒23に支持されており、
そのサセプタ22は操作棒23によって位置の調整が行われ
る。また、サセプタ22の主面にはサファイア基板24が配
設されている。尚、8は高周波コイルであり、サファイ
ア基板24を加熱するためのものである。 一方、反応室20のガスの流入側には、第1反応ガス管25
と第2反応ガス管26とが配設されている。第1反応ガス
管25は第2反応ガス管26と同心状に、第2反応ガス管26
の内部に配設されている。その第1反応ガス管25は第1
マニホールド27に接続され、第2反応ガス管26は第2マ
ニホールド28に接続されている。そして、第1マニホー
ルド27にはNH3の供給系統Hとキャリアガスの供給系統
Iとトリメチルガリウム(以下「TNG」と記す)の供給
系統Jとトリメチルアルミニウム(以下「TMA」と記
す)の供給系統Kとが接続され、第2マニホールド28に
はキャリアガスの供給系統Iとジエチル亜鉛(以下「DE
Z」と記す)の供給系統Lとが接続されている。 このような装置構成により、第1反応ガス管25の開口部
25aから、NH3とTMGとTMAとH2との混合ガスが反応室20に
流出し、第2反応ガス管26の開口部26aから、DEZとH2
の混合ガスが反応室20に流出する。 N型のAlxGa1-xN薄膜を形成する場合には、第1反応ガ
ス管25だけから混合ガスを流出させれば良く、I型のAl
xGa1-xN薄膜を形成する場合には、第1反応ガス管25と
第2反応ガス管26とからそれぞれの混合ガスを流出させ
れば良い。I型のAlxGa1-xN薄膜を形成する場合には、
ドーパントガスであるDEZは第1反応ガス管25から流出
する反応ガスとサファイア基板24の近辺の反応室20aで
初めて混合されることになる。そして、DEZはサファイ
ア基板24に吹き付けられ熱分解し、ドーパント元素は成
長するAlxGa1-xNにドーピングされて、I型のAlxGa1-xN
が得られる。この場合、第1反応ガス管25と第2反応ガ
ス管26とで分離して、反応ガスとドーパントガスがサフ
ァイア基板24の付近の反応室25aまで導かれるので、従
来装置で生じるガスの導入管におけるDEZとTMG又はTMA
との反応が抑制されるため、良好なドーピングが行われ
る。 尚、サセプタ22の反応ガスの流れる方向Xに対する傾斜
角θは、45度に構成されている。このように傾斜させる
ことにより、サセプタ22をガス流に対し直角に構成した
場合に比べて良好な結晶が得られた。 次に本装置を用いて、第2図に示す構成の発光ダイオー
ドを作成する方法を説明する。 まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した(0001)面を
主面とする単結晶のサファイア基板24をサセプタ22に装
着する。次に、H2を0.3l/分で、第1反応ガス管25及び
第2反応ガス管26から反応室20に流しながら温度1100℃
でサファイア基板24を気相エッチングした。次に温度を
950℃まで低下させて、第1反応ガス管25からH2を3l/
分、NH3を2l/分、TMAを7×10-6モル/分で供給して1
分間熱処理し。この熱処理により、AlNのバッファ層30
が約0.1μmの厚さに形成された。1分経過した時にTMA
の供給を停止して、サファイア基板24の温度を970℃に
保持し、第1反応ガス管25からH2を2.5l/分、NH3を1.5l
/分、TMGを1.7×10-5モル/分で60分間供給し、膜厚約
7μmのN型のGaNから成るN層31を形成した。次に、
そのサファイア基板24を反応室20から取り出し、N層31
の主面にホトレジストを塗布して所定パターンのマスク
を使って露光した後エッチングを行って所定パターンの
ホトレジストを得た。次に、このホトレジストをマスク
にして膜厚100Å程度のSiO2膜32をパターン形成した。
その後、ホトレジストを除去しSiO2膜32のみがパターン
形成されたサファイア基板24を洗浄後、再度、サセプタ
22に装着し気相エッチングした。そして、サファイア基
板24の温度を970℃に保持し、第1反応ガス管25から
は、H2を2.5l/分、NH3を1.5l/分、TMGを1.7×10-5モル
/分供給し、第2反応ガス管26からは、DEZを5×10-6
モル/分で5分間供給して、I型のGaNから成るI層33
を膜厚1.0μmに形成した。この時、GaNの露出している
部分は、単結晶のI型のGaNが成長しI層33が得られる
が、SiO2膜32の上部には多結晶のGaNから成る導電層34
が形成される。その後、反応室20からサファイア基板24
を取り出し、I層33と導電層34の上にアルミニウム電極
35、36を蒸着し、サファイア基板24を所定の大きさにカ
ッティングして発光ダイオードを形成した。この場合、
電極35はI層33の電極となり、電極36は導電層34と極め
て薄いSiO2膜32を介してN層31の電極となる。そして、
I層33をN層31に対し正電位とすることにより、接合面
から光が発光する。 N層31の上に成長したI層33の断面の顕微鏡写真を第3
図(a)に、高エネルギー電子線による反射回析法(RH
EED)の結果を示す写真を第4図(a)に示す。また、S
iO2膜32に成長した導電層34の顕微鏡写真を第3図
(b)に、RHEEDの結果を示す写真を第4図(b)に示
す。これらの写真から分るように、N型のGaNの上に
は、単結晶のGaNが成長しており、SiO2膜の上には多結
晶のGaNが成長している。そして、この多結晶のGaNは単
結晶のI型のGaNに比べ高い導電性を有し、導電層34と
なりN層31に対するリードとなる。 また、AlxGa1-xN系の発光ダイオードを形成するには、
N層31とI層33とを形成する場合に、第1反応管25から
TMAを所定割合で流せば良い。例えば、第1反応ガス管2
5からサファイア基板24の温度を1105℃に保持し、H2を3
l/分、NH3を2l/分、TMAを7.2×10-6モル/分、TMGを1.7
×10-5モル/分で供給し、第2反応ガス管26からDEZを
5×10-6モル/分で供給することより、X=0.3のI型
のAlxGa1-xN系半導体薄膜が得られる。
【発明の効果】
本発明はN型の窒化ガリウム系化合物半導体のサファイ
ア基板上にバッファ層を成長させて、そのバッファ層の
上にN層を形成し、そのN層の主面に電流が流れる程度
に極めて薄い二酸化シリコン薄膜をパターン成形した
後、二酸化シリコン薄膜をマスクにしてI型の窒化ガリ
ウム系化合物半導体を選択成長させて単結晶のI層と、
二酸化シリコン薄膜上に非単結晶の導電層を形成してい
る。従って、N層からの電流は極めて薄い二酸化シリン
コ膜を通過し、導電層へと流れる。よって、導電層の表
面と、I層の表面とに、それぞれ、接合する電極を形成
することが可能となり、電極を同一面に形成することが
でき発光素子の製造が簡単になるという効果を有してい
る。
【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気相成長装置
の構成を示した構成図。第2図はその装置で製造される
発光ダイオードの構成を示した構成図。第3図はN層及
びSiO2膜上に成長したGaNの層の顕微鏡による結晶の構
造を示した写真。第4図はN層及びSiO2膜上に成長した
GaNの層のRHEEDによる結晶の構造を示した写真。第5図
は従来の発光素子の構造を示した構成図である。 20…反応室、21…石英反応管、22…サセプタ、23…制御
棒、24…サファイア基板、25…第1反応ガス管、26…第
2反応ガス管、27…第1マニホールド、28…第2マニホ
ールド、30…バッファ層、31…N層、32…SiO2膜、33…
I層、34…導電層、35、36…電極、H…NH3の供給系
統、I…キャリアガスの供給系統、J…TMGの供給系
統、K…TMAの供給系統、L…DEZの供給系統
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 赤崎 勇 愛知県名古屋市千種区不老町(番地なし) 名古屋大学内 (72)発明者 平松 和政 愛知県名古屋市千種区不老町(番地なし) 名古屋大学内 (72)発明者 天野 浩 愛知県名古屋市千種区不老町(番地なし) 名古屋大学内 (56)参考文献 特公 昭61−38875(JP,B2) 特公 昭60−16758(JP,B2)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】サファイア基板と、 前記サファイア基板上に形成されたバッファ層と、 前記バッファ層上に形成されたN型の窒化ガリウム系化
    合物半導体(AlxGa1-xN;X=0を含む)からなるN層
    と、 前記N層の主面に電流が通過できる程度に極めて薄くパ
    ターン形成された二酸化シリコン(SiO2)薄膜と、 前記二酸化シリコン薄膜がパターン形成された前記N層
    の上に不純物をドープして選択成長され、該N層に接合
    するI型の窒化ガリウム系化合物半導体(AlxGa1-xN;X
    =0を含む)からなるI層と、 前記二酸化シリコン薄膜の上に前記I層の成長と同時に
    形成され、該二酸化シリコン薄膜に接合する非単結晶の
    導電層と、 前記I層と前記導電層の表面に、それぞれ、接合する電
    極層と を有する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
  2. 【請求項2】前記二酸化シリコン薄膜の厚さは約100Å
    であることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の
    窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
JP2112487A 1987-01-31 1987-01-31 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 Expired - Lifetime JPH079999B2 (ja)

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