JPH08264836A - 化合物半導体発光素子およびその製造方法 - Google Patents
化合物半導体発光素子およびその製造方法Info
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- JPH08264836A JPH08264836A JP6805195A JP6805195A JPH08264836A JP H08264836 A JPH08264836 A JP H08264836A JP 6805195 A JP6805195 A JP 6805195A JP 6805195 A JP6805195 A JP 6805195A JP H08264836 A JPH08264836 A JP H08264836A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高性能の化合物半導体発光素子およびそれを
工業的に製造できる方法を提供する。 【構成】 ＧａＡｓ基板１と、基板１上に形成された厚
さが１０ｎｍ〜８０ｎｍのＧａＮからなるバッファ層２
と、バッファ層２上に形成された、第１の導電型を有す
るＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただし、０≦ｘ＜１）からなるエ
ピタキシャル層３と、バッファ層２とエピタキシャル層
３との界面に位置する不整合面８と、エピタキシャル層
３上に形成された、ＭｇドープされたＩｎy Ｇａ1-y Ｎ
（ただし、０＜ｙ＜１）からなる発光層４と、発光層４
上に形成された、第 1の導電型と異なる第２の導電型を
有するＡｌz Ｇａ1-z Ｎ（ただし、０≦ｚ＜１）からな
るクラッド層５とを含む。バッファ層２は、有機金属ク
ロライド気相エピタキシ成長法により、第１の温度で形
成され、エピタキシャル層３は、有機金属クロライド気
相エピタキシ成長法により、第１の温度より高い第２の
温度で形成される。
工業的に製造できる方法を提供する。 【構成】 ＧａＡｓ基板１と、基板１上に形成された厚
さが１０ｎｍ〜８０ｎｍのＧａＮからなるバッファ層２
と、バッファ層２上に形成された、第１の導電型を有す
るＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただし、０≦ｘ＜１）からなるエ
ピタキシャル層３と、バッファ層２とエピタキシャル層
３との界面に位置する不整合面８と、エピタキシャル層
３上に形成された、ＭｇドープされたＩｎy Ｇａ1-y Ｎ
（ただし、０＜ｙ＜１）からなる発光層４と、発光層４
上に形成された、第 1の導電型と異なる第２の導電型を
有するＡｌz Ｇａ1-z Ｎ（ただし、０≦ｚ＜１）からな
るクラッド層５とを含む。バッファ層２は、有機金属ク
ロライド気相エピタキシ成長法により、第１の温度で形
成され、エピタキシャル層３は、有機金属クロライド気
相エピタキシ成長法により、第１の温度より高い第２の
温度で形成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、化合物半導体発光素
子およびその製造方法に関するものであり、特に、Ｇａ
Ａｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓまたはＩｎＰ基板を用いたＧａ
Ｎ系の化合物半導体発光素子およびその製造方法に関す
るものである。
子およびその製造方法に関するものであり、特に、Ｇａ
Ａｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓまたはＩｎＰ基板を用いたＧａ
Ｎ系の化合物半導体発光素子およびその製造方法に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】図５は、たとえば日経サイエンス１９９
４年１０月号、ｐ．４４に記載された、現在市販が開始
されているサファイア基板を用いたＧａＮ系の青色およ
び緑色発光素子（ＬＥＤ）の構造を示す断面図である。
４年１０月号、ｐ．４４に記載された、現在市販が開始
されているサファイア基板を用いたＧａＮ系の青色およ
び緑色発光素子（ＬＥＤ）の構造を示す断面図である。
【０００３】図５を参照して、この青色および緑色発光
素子は、サファイア基板１１と、基板１１上に形成され
た窒化ガリウム（ＧａＮ）バッファ層１２と、ＧａＮバ
ッファ層１２上に形成された六方晶のＧａＮエピタキシ
ャル層１３とから構成されたエピタキシャルウェハ上
に、クラッド層１４、発光層１５、クラッド層１６およ
びＧａＮエピタキシャル層１７が順に形成され、ＧａＮ
エピタキシャル層１３，１７上には、オーミック電極１
８，１９がそれぞれ形成されている。また、この青色発
光素子において、ＧａＮバッファ層１２は、サファイア
基板１１とＧａＮエピタキシャル層１３との格子定数の
差による歪を緩和するために設けられている。
素子は、サファイア基板１１と、基板１１上に形成され
た窒化ガリウム（ＧａＮ）バッファ層１２と、ＧａＮバ
ッファ層１２上に形成された六方晶のＧａＮエピタキシ
ャル層１３とから構成されたエピタキシャルウェハ上
に、クラッド層１４、発光層１５、クラッド層１６およ
びＧａＮエピタキシャル層１７が順に形成され、ＧａＮ
エピタキシャル層１３，１７上には、オーミック電極１
８，１９がそれぞれ形成されている。また、この青色発
光素子において、ＧａＮバッファ層１２は、サファイア
基板１１とＧａＮエピタキシャル層１３との格子定数の
差による歪を緩和するために設けられている。
【０００４】図５を参照して、この青色および緑色発光
素子は、基板１１として絶縁性のサファイアを用いてい
るため、電極を形成して素子を作成する際には、２種の
電極を同一面側に形成する必要があることから、フォト
リソグラフィによるパターニングが２回以上必要とな
り、反応性イオンエッチングによる窒化物層のエッチン
グを行なう必要もあり、複雑な工程を要する。また、サ
ファイアは硬度が高いため、素子分離の際に取扱いにく
いという問題もある。さらに、このサファイアは、劈開
ができないため、劈開端面を光共振器とするレーザダイ
オードに適用できないという、発光素子応用面での問題
もあった。
素子は、基板１１として絶縁性のサファイアを用いてい
るため、電極を形成して素子を作成する際には、２種の
電極を同一面側に形成する必要があることから、フォト
リソグラフィによるパターニングが２回以上必要とな
り、反応性イオンエッチングによる窒化物層のエッチン
グを行なう必要もあり、複雑な工程を要する。また、サ
ファイアは硬度が高いため、素子分離の際に取扱いにく
いという問題もある。さらに、このサファイアは、劈開
ができないため、劈開端面を光共振器とするレーザダイ
オードに適用できないという、発光素子応用面での問題
もあった。
【０００５】そこで、このような欠点を有するサファイ
アに代えて、導電性のＧａＡｓを基板として使用すると
いう試みがなされている。しかしながら、基板をＧａＡ
ｓに変更すると、サファイア基板を用いた場合と同様の
条件では、サファイア基板を用いた場合に匹敵するエピ
タキシャルウェハを得ることができなかった。
アに代えて、導電性のＧａＡｓを基板として使用すると
いう試みがなされている。しかしながら、基板をＧａＡ
ｓに変更すると、サファイア基板を用いた場合と同様の
条件では、サファイア基板を用いた場合に匹敵するエピ
タキシャルウェハを得ることができなかった。
【０００６】そのため、ＧａＡｓを基板に用いたエピタ
キシャルウェハの製造に関して、種々の研究が行なわれ
てきた。
キシャルウェハの製造に関して、種々の研究が行なわれ
てきた。
【０００７】これらの中で、たとえば、日本結晶成長学
会誌Ｖｏｌ．２１ Ｎｏ．５（１９９４） Supplement
Ｓ４０９〜Ｓ４１４（以下、「文献１」という）には、
図６に示すようなエピタキシャルウェハが開示されてい
る。
会誌Ｖｏｌ．２１ Ｎｏ．５（１９９４） Supplement
Ｓ４０９〜Ｓ４１４（以下、「文献１」という）には、
図６に示すようなエピタキシャルウェハが開示されてい
る。
【０００８】図６を参照して、このエピタキシャルウェ
ハは、ＧａＡｓ基板２１と、この基板２１上に形成され
たＧａＡｓバッファ層２２と、このＧａＡｓバッファ層
２２の表面を窒化処理することによりヒ素（Ａｓ）が窒
素（Ｎ）に置換されて得られたＧａＮ被膜２３と、この
ＧａＮ被膜２３上に形成されたＧａＮエピタキシャル層
２４とを備えている。
ハは、ＧａＡｓ基板２１と、この基板２１上に形成され
たＧａＡｓバッファ層２２と、このＧａＡｓバッファ層
２２の表面を窒化処理することによりヒ素（Ａｓ）が窒
素（Ｎ）に置換されて得られたＧａＮ被膜２３と、この
ＧａＮ被膜２３上に形成されたＧａＮエピタキシャル層
２４とを備えている。
【０００９】また、このエピタキシャルウェハの製造に
おけるＧａＮエピタキシャル層２４の形成には、ＯＭＶ
ＰＥ法（有機金属気相エピタキシ成長法）が用いられて
いる。このＯＭＶＰＥ法は、高周波加熱により反応室内
の基板のみを加熱しながら、トリメチルガリウム（ＴＭ
Ｇａ）を含む第１のガスとアンモニア（ＮＨ3 ）を含む
第２のガスとを反応室内に導入して、基板上にＧａＮエ
ピタキシャル層を気相成長させる方法である。
おけるＧａＮエピタキシャル層２４の形成には、ＯＭＶ
ＰＥ法（有機金属気相エピタキシ成長法）が用いられて
いる。このＯＭＶＰＥ法は、高周波加熱により反応室内
の基板のみを加熱しながら、トリメチルガリウム（ＴＭ
Ｇａ）を含む第１のガスとアンモニア（ＮＨ3 ）を含む
第２のガスとを反応室内に導入して、基板上にＧａＮエ
ピタキシャル層を気相成長させる方法である。
【００１０】また、たとえば、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．
Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３３（１９９４）ｐｐ．１７４７〜
１７５２（以下、「文献２」という）には、図７に示す
ようなエピタキシャルウェハが開示されている。
Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３３（１９９４）ｐｐ．１７４７〜
１７５２（以下、「文献２」という）には、図７に示す
ようなエピタキシャルウェハが開示されている。
【００１１】図７を参照して、このエピタキシャルウェ
ハは、ＧＳ−ＭＢＥ法（ガスソース分子線エピタキシ成
長法）により予めその表面に立方晶のＧａＮバッファ層
３２が形成された基板３１上に、立方晶のＧａＮエピタ
キシャル層３３が形成されている。
ハは、ＧＳ−ＭＢＥ法（ガスソース分子線エピタキシ成
長法）により予めその表面に立方晶のＧａＮバッファ層
３２が形成された基板３１上に、立方晶のＧａＮエピタ
キシャル層３３が形成されている。
【００１２】このエピタキシャルウェハの製造における
ＧａＮエピタキシャル層３３の形成には、ハイドライド
ＶＰＥ法（気相エピタキシ成長法）が用いられている。
このハイドライドＶＰＥ法は、反応室内に、基板と、Ｇ
ａ金属を入れたソースボートとを設置し、抵抗加熱ヒー
タにより外部から反応室全体を加熱しながら塩化水素
（ＨＣｌ）を含む第１のガスとアンモニア（ＮＨ3 ）を
含む第２のガスとを導入して、基板上にＧａＮエピタキ
シャル層を気相成長させる方法である。
ＧａＮエピタキシャル層３３の形成には、ハイドライド
ＶＰＥ法（気相エピタキシ成長法）が用いられている。
このハイドライドＶＰＥ法は、反応室内に、基板と、Ｇ
ａ金属を入れたソースボートとを設置し、抵抗加熱ヒー
タにより外部から反応室全体を加熱しながら塩化水素
（ＨＣｌ）を含む第１のガスとアンモニア（ＮＨ3 ）を
含む第２のガスとを導入して、基板上にＧａＮエピタキ
シャル層を気相成長させる方法である。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、文献１
に開示されたエピタキシャルウェハは、前述のようにＯ
ＭＶＰＥ法によりＧａＮエピタキシャル層を成長させて
いる。このＯＭＶＰＥ法により、ＧａＡｓ基板上にＧａ
Ｎエピタキシャル層を成長させる場合には、サファイア
基板上に成長させる場合と比べて、膜成長速度が極端に
落ちてしまう。具体的には、サファイア基板上へ成膜す
る場合には約３μｍ／時間の成膜速度が得られる場合で
あっても、同条件でＧａＡｓ基板上に成膜する場合に
は、成膜速度は約０．１５μｍ／時間まで低下してしま
う。そのため、たとえば、このエピタキシャルウェハを
発光素子に使用するためには、約４μｍの厚さのＧａＮ
エピタキシャル層を形成する必要があるが、この方法で
は、製造に１日近くかかってしまうことになる。そのた
め、この方法によるエピタキシャルウェハの製造は、低
コスト化を図ることができず、工業化に適さないという
問題があった。
に開示されたエピタキシャルウェハは、前述のようにＯ
ＭＶＰＥ法によりＧａＮエピタキシャル層を成長させて
いる。このＯＭＶＰＥ法により、ＧａＡｓ基板上にＧａ
Ｎエピタキシャル層を成長させる場合には、サファイア
基板上に成長させる場合と比べて、膜成長速度が極端に
落ちてしまう。具体的には、サファイア基板上へ成膜す
る場合には約３μｍ／時間の成膜速度が得られる場合で
あっても、同条件でＧａＡｓ基板上に成膜する場合に
は、成膜速度は約０．１５μｍ／時間まで低下してしま
う。そのため、たとえば、このエピタキシャルウェハを
発光素子に使用するためには、約４μｍの厚さのＧａＮ
エピタキシャル層を形成する必要があるが、この方法で
は、製造に１日近くかかってしまうことになる。そのた
め、この方法によるエピタキシャルウェハの製造は、低
コスト化を図ることができず、工業化に適さないという
問題があった。
【００１４】また、この方法によれば、ＧａＮエピタキ
シャル層を成長させる際、処理温度をあまり高温にでき
ない。そのため、得られるＧａＮエピタキシャル層の特
性の向上に限界があった。
シャル層を成長させる際、処理温度をあまり高温にでき
ない。そのため、得られるＧａＮエピタキシャル層の特
性の向上に限界があった。
【００１５】さらに、ＯＭＶＰＥ法は、反応室内の基板
のみを加熱する、いわゆるコールドウォールであるた
め、アンモニアが十分に分解されない。そのため、アン
モニアの供給量を増やし分解しにくい分を補うことが必
要となり、原料供給の高Ｖ／ＩＩＩ比（Ｖ族原料とＩＩ
Ｉ族原料との比）化を招いている。
のみを加熱する、いわゆるコールドウォールであるた
め、アンモニアが十分に分解されない。そのため、アン
モニアの供給量を増やし分解しにくい分を補うことが必
要となり、原料供給の高Ｖ／ＩＩＩ比（Ｖ族原料とＩＩ
Ｉ族原料との比）化を招いている。
【００１６】たとえば、Ａｐｐｌ Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ
ｔ．６４（１９９４）ｐ．１６８７によれば、サファイ
ア基板上へのＧａＮ成長時のＶ／ＩＩＩ比は〜６．０×
１０3であり、ＧａＩｎＮ成長時のＶ／ＩＩＩ比は〜
１．１×１０4 であることが、成長時の原料導入量の値
から算出される。このように、ＯＭＶＰＥ法によれば、
膨大な原料消費を招いてしまうため、低コストでエピタ
キシャルウェハを製造することができないという問題が
あった。
ｔ．６４（１９９４）ｐ．１６８７によれば、サファイ
ア基板上へのＧａＮ成長時のＶ／ＩＩＩ比は〜６．０×
１０3であり、ＧａＩｎＮ成長時のＶ／ＩＩＩ比は〜
１．１×１０4 であることが、成長時の原料導入量の値
から算出される。このように、ＯＭＶＰＥ法によれば、
膨大な原料消費を招いてしまうため、低コストでエピタ
キシャルウェハを製造することができないという問題が
あった。
【００１７】また、ＯＭＶＰＥ法によれば、Ｖ族原料の
アンモニアの分解促進ため、８００℃以上の高温でエピ
タキシャル成長が行なわれるが、成長速度がこのように
高くなると、前述のように高Ｉｎ組成のＧａＩｎＮ層の
形成が困難になるという問題もあった。
アンモニアの分解促進ため、８００℃以上の高温でエピ
タキシャル成長が行なわれるが、成長速度がこのように
高くなると、前述のように高Ｉｎ組成のＧａＩｎＮ層の
形成が困難になるという問題もあった。
【００１８】一方、文献２に開示されたエピタキシャル
ウェハは、ＧａＮエピタキシャル層の形成のため、予め
その表面にＧＳ−ＭＢＥ法によりＧａＮバッファ層が形
成された基板を準備しておかなくてはならない。このＧ
Ｓ−ＭＢＥ法によるＧａＡｓ基板上へのＧａＮバッファ
層の形成は、成長速度が遅く、工業化には適さない。
ウェハは、ＧａＮエピタキシャル層の形成のため、予め
その表面にＧＳ−ＭＢＥ法によりＧａＮバッファ層が形
成された基板を準備しておかなくてはならない。このＧ
Ｓ−ＭＢＥ法によるＧａＡｓ基板上へのＧａＮバッファ
層の形成は、成長速度が遅く、工業化には適さない。
【００１９】また、ハイドライドＶＰＥ法を用いている
ため、複数のソースを必要とするヘテロ成長や多数枚の
成長が困難であり、実用化に適する方法といえるもので
はない。その上、この方法によりエピタキシャルウェハ
を作製するためには、バッファ層とエピタキシャル層と
の成長方法が異なるため、反応チャンバが２つ必要とな
り、成長中断による表面汚染等も問題となる可能性があ
る。
ため、複数のソースを必要とするヘテロ成長や多数枚の
成長が困難であり、実用化に適する方法といえるもので
はない。その上、この方法によりエピタキシャルウェハ
を作製するためには、バッファ層とエピタキシャル層と
の成長方法が異なるため、反応チャンバが２つ必要とな
り、成長中断による表面汚染等も問題となる可能性があ
る。
【００２０】さらに、文献２においては、高品質特性の
ＧａＮエピタキシャル層を得るための製造条件等につい
ては、特に検討されていなかった。
ＧａＮエピタキシャル層を得るための製造条件等につい
ては、特に検討されていなかった。
【００２１】この発明の目的は、上述の問題点を解決
し、高性能の化合物半導体発光素子およびそれを工業的
に製造できる方法を、提供することにある。
し、高性能の化合物半導体発光素子およびそれを工業的
に製造できる方法を、提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明による化
合物半導体発光素子は、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓお
よびＩｎＰからなる群から選ばれる化合物半導体基板
と、基板上に形成された厚さが１０ｎｍ〜８０ｎｍのＧ
ａＮからなるバッファ層と、バッファ層上に形成され
た、第１の導電型を有するＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただし、
０≦ｘ＜１）からなるエピタキシャル層と、バッファ層
とエピタキシャル層との界面に位置する不整合面と、エ
ピタキシャル層上に形成された、ＭｇドープされたＩｎ
y Ｇａ1-y Ｎ（ただし、０＜ｙ＜１）からなる発光層
と、発光層上に形成された、第１の導電型と異なる第２
の導電型を有するＡｌz Ｇａ1-z Ｎ（ただし、０≦ｚ＜
１）からなるクラッド層とを含んでいる。
合物半導体発光素子は、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓお
よびＩｎＰからなる群から選ばれる化合物半導体基板
と、基板上に形成された厚さが１０ｎｍ〜８０ｎｍのＧ
ａＮからなるバッファ層と、バッファ層上に形成され
た、第１の導電型を有するＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただし、
０≦ｘ＜１）からなるエピタキシャル層と、バッファ層
とエピタキシャル層との界面に位置する不整合面と、エ
ピタキシャル層上に形成された、ＭｇドープされたＩｎ
y Ｇａ1-y Ｎ（ただし、０＜ｙ＜１）からなる発光層
と、発光層上に形成された、第１の導電型と異なる第２
の導電型を有するＡｌz Ｇａ1-z Ｎ（ただし、０≦ｚ＜
１）からなるクラッド層とを含んでいる。
【００２３】ここで、バッファ層とエピタキシャル層と
の界面に位置する不整合面としては、たとえば、バッフ
ァ層とエピタキシャル層との成長温度の違いによる結晶
格子のずれによるもの等が考えられる。なお、この不整
合面は、透過電子顕微鏡による素子の断面観察から、バ
ッファ層とエピタキシャル層のコントラストの違いとし
て観察することができる。
の界面に位置する不整合面としては、たとえば、バッフ
ァ層とエピタキシャル層との成長温度の違いによる結晶
格子のずれによるもの等が考えられる。なお、この不整
合面は、透過電子顕微鏡による素子の断面観察から、バ
ッファ層とエピタキシャル層のコントラストの違いとし
て観察することができる。
【００２４】また、Ｉｎy Ｇａ1-y Ｎからなる発光層に
Ｚｎ等の発光中心をドープしない場合、０＜ｙ＜０．４
の範囲では紫色、０．４≦ｙ＜０．７の範囲では青色、
０．７≦ｙ＜０．９の範囲では緑色、０．９≦ｙ＜１の
範囲では黄色のそれぞれ発光色のバンド端発光、すなわ
ちシャープな発光スペクトルが得られる。
Ｚｎ等の発光中心をドープしない場合、０＜ｙ＜０．４
の範囲では紫色、０．４≦ｙ＜０．７の範囲では青色、
０．７≦ｙ＜０．９の範囲では緑色、０．９≦ｙ＜１の
範囲では黄色のそれぞれ発光色のバンド端発光、すなわ
ちシャープな発光スペクトルが得られる。
【００２５】請求項２の発明による化合物半導体発光素
子は、請求項１の発明において、バッファ層の厚さは２
０ｎｍ〜６０ｎｍである。
子は、請求項１の発明において、バッファ層の厚さは２
０ｎｍ〜６０ｎｍである。
【００２６】請求項３の発明による化合物半導体発光素
子の製造方法は、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓおよびＩ
ｎＰからなる群から選ばれる化合物半導体基板上に、外
部から反応室全体を加熱しながら塩化水素およびガリウ
ムを含む有機金属原料を含む第１のガスとアンモニアを
含む第２のガスとを反応室内に導入して反応室内に設置
された基板上に気相成長させる方法により、第１の温度
で、ＧａＮからなるバッファ層を形成するステップと、
バッファ層上に、外部から反応室全体を加熱しながら塩
化水素およびガリウムを含む有機金属原料を含む第１の
ガスとアンモニアを含む第２のガスとを反応室内に導入
して反応室内に設置された基板上に気相成長させる方法
により、第１の温度より高い第２の温度で、第１の導電
型を有するＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただし、０≦ｘ＜１）か
らなるエピタキシャル層を形成するステップと、エピタ
キシャル層上に、ＭｇドープされたＩｎy Ｇａ1-y Ｎ
（ただし、０＜ｙ＜１）からなる発光層を形成するステ
ップと、発光層上に、第１の導電型と異なる第２の導電
型を有するＡｌz Ｇａ1-z Ｎ（ただし、０≦ｚ＜１）か
らなるクラッド層を形成するステップとを備えている。
子の製造方法は、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓおよびＩ
ｎＰからなる群から選ばれる化合物半導体基板上に、外
部から反応室全体を加熱しながら塩化水素およびガリウ
ムを含む有機金属原料を含む第１のガスとアンモニアを
含む第２のガスとを反応室内に導入して反応室内に設置
された基板上に気相成長させる方法により、第１の温度
で、ＧａＮからなるバッファ層を形成するステップと、
バッファ層上に、外部から反応室全体を加熱しながら塩
化水素およびガリウムを含む有機金属原料を含む第１の
ガスとアンモニアを含む第２のガスとを反応室内に導入
して反応室内に設置された基板上に気相成長させる方法
により、第１の温度より高い第２の温度で、第１の導電
型を有するＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただし、０≦ｘ＜１）か
らなるエピタキシャル層を形成するステップと、エピタ
キシャル層上に、ＭｇドープされたＩｎy Ｇａ1-y Ｎ
（ただし、０＜ｙ＜１）からなる発光層を形成するステ
ップと、発光層上に、第１の導電型と異なる第２の導電
型を有するＡｌz Ｇａ1-z Ｎ（ただし、０≦ｚ＜１）か
らなるクラッド層を形成するステップとを備えている。
【００２７】なお、ガリウムを含む有機金属原料として
は、たとえば、トリメチルガリウム、トリエチルガリウ
ム等が用いられる。
は、たとえば、トリメチルガリウム、トリエチルガリウ
ム等が用いられる。
【００２８】請求項４の発明による化合物半導体発光素
子の製造方法は、請求項３の発明において、第１の温度
は３００℃〜７００℃であり、第２の温度は７５０℃以
上である。
子の製造方法は、請求項３の発明において、第１の温度
は３００℃〜７００℃であり、第２の温度は７５０℃以
上である。
【００２９】請求項５の発明による化合物半導体発光素
子の製造方法は、請求項４の発明において、第１の温度
は４００℃〜６００℃である。
子の製造方法は、請求項４の発明において、第１の温度
は４００℃〜６００℃である。
【００３０】
【作用】この発明による化合物半導体発光素子は、厚さ
が１０ｎｍ〜８０ｎｍのＧａＮからなるバッファ層を備
えている。
が１０ｎｍ〜８０ｎｍのＧａＮからなるバッファ層を備
えている。
【００３１】従来のサファイア基板を用いた青色および
緑色発光素子においても、ＧａＮからなるバッファ層が
形成されていたが、このバッファ層は、主としてサファ
イア基板とＧａＮエピタキシャル層との格子定数の差に
よる歪を緩和する作用をしていた。これに対して、本願
発明におけるバッファ層は、このような歪緩和の作用の
他に、耐熱性コーティングとしての作用も兼ね備えてい
る。
緑色発光素子においても、ＧａＮからなるバッファ層が
形成されていたが、このバッファ層は、主としてサファ
イア基板とＧａＮエピタキシャル層との格子定数の差に
よる歪を緩和する作用をしていた。これに対して、本願
発明におけるバッファ層は、このような歪緩和の作用の
他に、耐熱性コーティングとしての作用も兼ね備えてい
る。
【００３２】すなわち、ＧａＮのエピタキシャル成長
は、通常８００℃〜１１００℃という非常に高温で行な
う必要があるが、ＧａＮおよびサファイア基板は、８０
０℃以上の高温でも熱ダメージを受けることがなかっ
た。しかしながら、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓおよび
ＩｎＰ基板は、８００℃以上の高温ではＡｓやＰの抜け
が起こり、基板としての役目を果たせなくなってしま
う。このようなことから、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓ
およびＩｎＰ基板上にＧａＮエピタキシャル層を形成す
るためには、耐熱性コーティングを施す必要がある。本
願発明においてＧａＮエピタキシャル層より低温で形成
されるＧａＮバッファ層は、このような耐熱性コーティ
ングとして作用するものでもある。
は、通常８００℃〜１１００℃という非常に高温で行な
う必要があるが、ＧａＮおよびサファイア基板は、８０
０℃以上の高温でも熱ダメージを受けることがなかっ
た。しかしながら、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓおよび
ＩｎＰ基板は、８００℃以上の高温ではＡｓやＰの抜け
が起こり、基板としての役目を果たせなくなってしま
う。このようなことから、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓ
およびＩｎＰ基板上にＧａＮエピタキシャル層を形成す
るためには、耐熱性コーティングを施す必要がある。本
願発明においてＧａＮエピタキシャル層より低温で形成
されるＧａＮバッファ層は、このような耐熱性コーティ
ングとして作用するものでもある。
【００３３】このＧａＮバッファ層の厚さは、１０ｎｍ
〜８０ｎｍである。１０ｎｍより薄いと、エピタキシャ
ル層を形成するための昇温中にバッファ層が部分的に途
切れ、この上に形成されたエピタキシャル層が剥れてし
まうからである。一方、８０ｎｍより厚いと、フラット
なバッファ層の低温成長に核成長が混ざり、この核を中
心にピラミッド状にエピタキシャル層が成長してしまう
からである。
〜８０ｎｍである。１０ｎｍより薄いと、エピタキシャ
ル層を形成するための昇温中にバッファ層が部分的に途
切れ、この上に形成されたエピタキシャル層が剥れてし
まうからである。一方、８０ｎｍより厚いと、フラット
なバッファ層の低温成長に核成長が混ざり、この核を中
心にピラミッド状にエピタキシャル層が成長してしまう
からである。
【００３４】また、この発明によれば、発光層は、Ｍｇ
ドープされたＩｎy Ｇａ1-y Ｎ（ただし、０＜ｙ＜１）
からなる。そのため、バンド端発光が実現できる。
ドープされたＩｎy Ｇａ1-y Ｎ（ただし、０＜ｙ＜１）
からなる。そのため、バンド端発光が実現できる。
【００３５】なお、従来の青色および緑色発光素子にお
いては、発光中心としてＺｎのディープセンターを導入
して青色発光を達成していたため、発光波長がブロード
であった。これに対して、この発明によれば、ＧａＡ
ｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓまたはＩｎＰ基板を用いることに
より、高Ｉｎ組成のＧａＩｎＮ層の形成が可能となっ
た。その結果、Ｍｇドープにより発光波長がシャープな
バンド端発光が実現でき、レーザダイオード等広範囲な
応用が可能となった。
いては、発光中心としてＺｎのディープセンターを導入
して青色発光を達成していたため、発光波長がブロード
であった。これに対して、この発明によれば、ＧａＡ
ｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓまたはＩｎＰ基板を用いることに
より、高Ｉｎ組成のＧａＩｎＮ層の形成が可能となっ
た。その結果、Ｍｇドープにより発光波長がシャープな
バンド端発光が実現でき、レーザダイオード等広範囲な
応用が可能となった。
【００３６】また、この発明に従う化合物半導体発光素
子の製造方法によれば、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓお
よびＩｎＰからなる群から選ばれる化合物半導体基板上
に、ＧａＮエピタキシャル層の成長温度よりも低い温度
で、ＧａＮバッファ層を形成している。
子の製造方法によれば、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓお
よびＩｎＰからなる群から選ばれる化合物半導体基板上
に、ＧａＮエピタキシャル層の成長温度よりも低い温度
で、ＧａＮバッファ層を形成している。
【００３７】そのため、基板結晶がダメージを受けるこ
となく、高品質な立方晶のＧａＮエピタキシャル層を成
長させることができる。
となく、高品質な立方晶のＧａＮエピタキシャル層を成
長させることができる。
【００３８】このＧａＮからなるバッファ層を形成する
際の温度は、３００℃〜７００℃が好ましい。３００℃
より低いと、ＧａＮからなるバッファ層が成長しないか
らである。一方、７００℃より高いと、基板が熱ダメー
ジを受けて、この上に形成されたエピタキシャル層が剥
れてしまうからである。
際の温度は、３００℃〜７００℃が好ましい。３００℃
より低いと、ＧａＮからなるバッファ層が成長しないか
らである。一方、７００℃より高いと、基板が熱ダメー
ジを受けて、この上に形成されたエピタキシャル層が剥
れてしまうからである。
【００３９】また、この発明によれば、ＧａＮバッファ
層およびＧａＮエピタキシャル層の形成に、外部から反
応室全体を加熱しながら塩化水素およびガリウムを含む
有機金属原料を含む第１のガスとアンモニアを含む第２
のガスとを反応室内に導入して反応室内に設置された基
板上に気相成長させる方法（以下「有機金属クロライド
気相エピタキシ成長法」という）が用いられている。こ
の有機金属クロライド気相エピタキシ成長法は、成長速
度が速い上に、急峻なヘテロ界面を得ることが可能であ
る。
層およびＧａＮエピタキシャル層の形成に、外部から反
応室全体を加熱しながら塩化水素およびガリウムを含む
有機金属原料を含む第１のガスとアンモニアを含む第２
のガスとを反応室内に導入して反応室内に設置された基
板上に気相成長させる方法（以下「有機金属クロライド
気相エピタキシ成長法」という）が用いられている。こ
の有機金属クロライド気相エピタキシ成長法は、成長速
度が速い上に、急峻なヘテロ界面を得ることが可能であ
る。
【００４０】さらに、この発明によれば、バッファ層お
よびエピタキシャル層が同一の有機金属クロライド気相
エピタキシ成長法により形成される。そのため、同一チ
ャンバ内で一貫成長させることが可能となる。
よびエピタキシャル層が同一の有機金属クロライド気相
エピタキシ成長法により形成される。そのため、同一チ
ャンバ内で一貫成長させることが可能となる。
【００４１】
（実施例１）図１は、この発明による化合物半導体発光
素子の一例の構造を示す断面図である。
素子の一例の構造を示す断面図である。
【００４２】図１を参照して、この化合物半導体発光素
子は、ＧａＡｓ基板１と、基板１上に形成されたＧａＮ
からなるバッファ層２と、バッファ層２上に形成された
立方晶のｎ型ＧａＮからなるエピタキシャル層３とから
構成されたエピタキシャルウエハ上に、Ｍｇドープされ
たＩｎy Ｇａ1-y Ｎ（０＜ｙ＜１）からなる発光層４、
ｐ型ＧａＮからなるクラッド層５が順に形成されてい
る。また、クラッド層５の上部および基板１の裏面に
は、電極６，７がそれぞれ形成されている。さらに、バ
ッファ層２とエピタキシャル層３との界面には、不整合
面８が位置している。
子は、ＧａＡｓ基板１と、基板１上に形成されたＧａＮ
からなるバッファ層２と、バッファ層２上に形成された
立方晶のｎ型ＧａＮからなるエピタキシャル層３とから
構成されたエピタキシャルウエハ上に、Ｍｇドープされ
たＩｎy Ｇａ1-y Ｎ（０＜ｙ＜１）からなる発光層４、
ｐ型ＧａＮからなるクラッド層５が順に形成されてい
る。また、クラッド層５の上部および基板１の裏面に
は、電極６，７がそれぞれ形成されている。さらに、バ
ッファ層２とエピタキシャル層３との界面には、不整合
面８が位置している。
【００４３】次に、このように構成される化合物半導体
発光素子の製造方法について、以下に説明する。
発光素子の製造方法について、以下に説明する。
【００４４】図２は、この発明による有機金属クロライ
ド気相エピタキシ成長法を用いたエピタキシャルウェハ
の製造に用いられる気相成長装置の概略構成を示す図で
ある。図２を参照して、この装置は、第１のガス導入口
５１と第２のガス導入口５２と排気口５３とを有する反
応チャンバ５４と、この反応チャンバ５４の外部からチ
ャンバ内全体を加熱するための抵抗加熱ヒータ５５とか
ら構成される。
ド気相エピタキシ成長法を用いたエピタキシャルウェハ
の製造に用いられる気相成長装置の概略構成を示す図で
ある。図２を参照して、この装置は、第１のガス導入口
５１と第２のガス導入口５２と排気口５３とを有する反
応チャンバ５４と、この反応チャンバ５４の外部からチ
ャンバ内全体を加熱するための抵抗加熱ヒータ５５とか
ら構成される。
【００４５】このように構成される装置を用いて、以下
のように化合物半導体発光素子の作製を行なった。
のように化合物半導体発光素子の作製を行なった。
【００４６】図２を参照して、まず、石英からなる反応
チャンバ５４内に、Ｈ2 ＳＯ4 系の通常のエッチング液
で前処理されたＧａＡｓ（１００）面基板１を設置し
た。
チャンバ５４内に、Ｈ2 ＳＯ4 系の通常のエッチング液
で前処理されたＧａＡｓ（１００）面基板１を設置し
た。
【００４７】次に、抵抗加熱ヒータ５５により外部から
チャンバ内全体を加熱して、基板１を５００℃に保持し
た状態で、第１のガス導入口５１からＩＩＩ族原料とし
てトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）および塩化水素（Ｈ
Ｃｌ）をそれぞれ分圧８×１０-4ａｔｍ、８×１０-4ａ
ｔｍで導入し、一方、第２のガス導入口５２からはＶ族
原料としてアンモニアガス（ＮＨ3 ）を分圧１．６×１
０-1ａｔｍで導入した。このような条件で、１５分間エ
ピタキシャル成長させ、厚さ３０ｎｍのｎ型ＧａＮから
なるバッファ層２を形成した。このバッファ層２を介在
させることにより、その上に形成されるエピタキシャル
成長層の結晶性を、格段に向上させることができた。
チャンバ内全体を加熱して、基板１を５００℃に保持し
た状態で、第１のガス導入口５１からＩＩＩ族原料とし
てトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）および塩化水素（Ｈ
Ｃｌ）をそれぞれ分圧８×１０-4ａｔｍ、８×１０-4ａ
ｔｍで導入し、一方、第２のガス導入口５２からはＶ族
原料としてアンモニアガス（ＮＨ3 ）を分圧１．６×１
０-1ａｔｍで導入した。このような条件で、１５分間エ
ピタキシャル成長させ、厚さ３０ｎｍのｎ型ＧａＮから
なるバッファ層２を形成した。このバッファ層２を介在
させることにより、その上に形成されるエピタキシャル
成長層の結晶性を、格段に向上させることができた。
【００４８】次に、このようにｎ型ＧａＮからなるバッ
ファ層２が形成された基板１の温度を、抵抗加熱ヒータ
５５により７５０℃〜８００℃まで昇温した後、ＴＭＧ
ａ、ＨＣｌ、ＮＨ3 の分圧をそれぞれ８×１０-4ａｔ
ｍ、８×１０-4ａｔｍ、１．６×１０-1ａｔｍという条
件で、６０分間エピタキシャル成長させた。
ファ層２が形成された基板１の温度を、抵抗加熱ヒータ
５５により７５０℃〜８００℃まで昇温した後、ＴＭＧ
ａ、ＨＣｌ、ＮＨ3 の分圧をそれぞれ８×１０-4ａｔ
ｍ、８×１０-4ａｔｍ、１．６×１０-1ａｔｍという条
件で、６０分間エピタキシャル成長させた。
【００４９】その結果、バッファ層２上に、厚さ２μｍ
の鏡面状のｎ型ＧａＮエピタキシャル層３が形成され
た。
の鏡面状のｎ型ＧａＮエピタキシャル層３が形成され
た。
【００５０】次に、このようにバッファ層２およびエピ
タキシャル層３が形成された基板１の温度を、抵抗加熱
ヒータ５５により５００℃〜７００℃の範囲に降温した
後、ＴＭＧａ、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、Ｈ
ＣｌおよびＮＨ3 を、ＴＭＩｎの分圧がＴＭＧａの分圧
の１０倍となる条件で導入し、１０分間エピタキシャル
成長させた。
タキシャル層３が形成された基板１の温度を、抵抗加熱
ヒータ５５により５００℃〜７００℃の範囲に降温した
後、ＴＭＧａ、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、Ｈ
ＣｌおよびＮＨ3 を、ＴＭＩｎの分圧がＴＭＧａの分圧
の１０倍となる条件で導入し、１０分間エピタキシャル
成長させた。
【００５１】その結果、エピタキシャル層３上に、Ｉｎ
0.2 Ｇａ0.8 Ｎからなる発光層４が形成された。
0.2 Ｇａ0.8 Ｎからなる発光層４が形成された。
【００５２】次に、ｎ型ＧａＮからなるエピタキシャル
層３を形成した条件に戻し、同様にｐ型ＧａＮからなる
クラッド層５を形成した。
層３を形成した条件に戻し、同様にｐ型ＧａＮからなる
クラッド層５を形成した。
【００５３】なお、ＧａＮ層のドーパントとしては、ｎ
型についてはＳｉまたはＳを、ｐ型についてはＭｇを用
いた。また、ＩｎＧａＮ層のドーパントとしては、Ｍｇ
を用いた。
型についてはＳｉまたはＳを、ｐ型についてはＭｇを用
いた。また、ＩｎＧａＮ層のドーパントとしては、Ｍｇ
を用いた。
【００５４】次に、クラッド層５上および基板１の裏面
に、電極６，７をそれぞれ形成し、紫色発光素子を完成
した。このようにして得られた紫色発光素子は、高性能
を示すことが確認された。
に、電極６，７をそれぞれ形成し、紫色発光素子を完成
した。このようにして得られた紫色発光素子は、高性能
を示すことが確認された。
【００５５】また、ＴＭＩｎの分圧がＴＭＧａ分圧の２
０倍となるように調整した場合には、他の条件は全く同
様にして、Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｎからなる発光層４が形成
された。この結果、高性能の青色発光素子が得られるこ
とが確認された。
０倍となるように調整した場合には、他の条件は全く同
様にして、Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｎからなる発光層４が形成
された。この結果、高性能の青色発光素子が得られるこ
とが確認された。
【００５６】さらに、ＴＭＩｎの分圧がＴＭＧａの分圧
の５０倍となるように調整し、かつ、基板温度を４５０
℃〜６５０℃の範囲に調整した場合には、他の条件は全
く同様にして、Ｉｎ0.8 Ｇａ0.2 Ｎからなる発光層４が
形成された。この結果、高性能の緑色発光素子が得られ
ることが確認された。
の５０倍となるように調整し、かつ、基板温度を４５０
℃〜６５０℃の範囲に調整した場合には、他の条件は全
く同様にして、Ｉｎ0.8 Ｇａ0.2 Ｎからなる発光層４が
形成された。この結果、高性能の緑色発光素子が得られ
ることが確認された。
【００５７】（実施例２）実施例１と全く同様に、Ｇａ
Ａｓ（１００）面基板１上に、厚さ３０ｎｍのｎ型Ｇａ
Ｎからなるバッファ層２を形成した。
Ａｓ（１００）面基板１上に、厚さ３０ｎｍのｎ型Ｇａ
Ｎからなるバッファ層２を形成した。
【００５８】次に、このようにバッファ層２が形成され
た基板１の温度を、抵抗加熱ヒータ５５により８００℃
〜８５０℃の範囲に昇温した後、ＴＭＧａ、トリメチル
アルミニウム（ＴＭＡｌ）、ＨＣｌ、ＮＨ3 を、ＴＭＧ
ａとＴＭＡｌの分圧が等しくなる条件で導入し、１０分
間エピタキシャル成長させた。
た基板１の温度を、抵抗加熱ヒータ５５により８００℃
〜８５０℃の範囲に昇温した後、ＴＭＧａ、トリメチル
アルミニウム（ＴＭＡｌ）、ＨＣｌ、ＮＨ3 を、ＴＭＧ
ａとＴＭＡｌの分圧が等しくなる条件で導入し、１０分
間エピタキシャル成長させた。
【００５９】その結果、バッファ層２上に、ｎ型Ａｌ
0.1 Ｇａ0.9 Ｎからなるエピタキシャル層３が形成され
た。
0.1 Ｇａ0.9 Ｎからなるエピタキシャル層３が形成され
た。
【００６０】次に、このようにバッファ層２およびエピ
タキシャル層３が形成された基板１の温度を、抵抗加熱
ヒータ５５により５００℃〜７００℃の範囲に降温した
後、ＴＭＧａ、ＴＭＩｎ、ＨＣｌおよびＮＨ3 を、ＴＭ
Ｉｎの分圧がＴＭＧａの分圧の２０倍となる条件で導入
し、１０分間エピタキシャル成長させた。
タキシャル層３が形成された基板１の温度を、抵抗加熱
ヒータ５５により５００℃〜７００℃の範囲に降温した
後、ＴＭＧａ、ＴＭＩｎ、ＨＣｌおよびＮＨ3 を、ＴＭ
Ｉｎの分圧がＴＭＧａの分圧の２０倍となる条件で導入
し、１０分間エピタキシャル成長させた。
【００６１】その結果、エピタキシャル層３上に、Ｉｎ
0.5 Ｇａ0.5 Ｎからなる発光層４が形成された。
0.5 Ｇａ0.5 Ｎからなる発光層４が形成された。
【００６２】次に、ｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎからなるエ
ピタキシャル層３を形成した条件に戻し、同様にｐ型Ａ
ｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎからなるクラッド層５を形成した。
ピタキシャル層３を形成した条件に戻し、同様にｐ型Ａ
ｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎからなるクラッド層５を形成した。
【００６３】なお、ＡｌＧａＮ層のドーパントとして
は、ｎ型についてＳｉまたはＳを、ｐ型についてはＭｇ
を用いた。また、ＩｎＧａＮ層のドーパントとしては、
Ｍｇを用いた。
は、ｎ型についてＳｉまたはＳを、ｐ型についてはＭｇ
を用いた。また、ＩｎＧａＮ層のドーパントとしては、
Ｍｇを用いた。
【００６４】次に、クラッド層５上および基板１の裏面
に、電極６，７をそれぞれ形成し、青色発光素子を完成
した。このようにして得られた青色発光素子は、高性能
を示すことが確認された。
に、電極６，７をそれぞれ形成し、青色発光素子を完成
した。このようにして得られた青色発光素子は、高性能
を示すことが確認された。
【００６５】さらに、ＩｎＧａＮ層において、ＴＭＩｎ
の分圧をＴＭＧａの分圧の５０倍となるように調整し、
かつ、基板温度を４５０℃〜６５０℃の範囲に調整した
場合には、他の条件は全く同様にして、Ｉｎ0.8 Ｇａ
0.2 Ｎからなる発光層４が形成された。この結果、高性
能の緑色発光素子が得られることが確認された。
の分圧をＴＭＧａの分圧の５０倍となるように調整し、
かつ、基板温度を４５０℃〜６５０℃の範囲に調整した
場合には、他の条件は全く同様にして、Ｉｎ0.8 Ｇａ
0.2 Ｎからなる発光層４が形成された。この結果、高性
能の緑色発光素子が得られることが確認された。
【００６６】（比較例１）ＧａＮからなるバッファ層の
有無によるＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただし、０≦ｘ＜１）か
らなるエピタキシャル層の特性の差異について調べるた
め、ＧａＡｓ基板上に、直接Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただ
し、０≦ｘ＜１）からなるエピタキシャル層を成長させ
た。なお、エピタキシャル層の成長条件は、実施例１と
同様とした。
有無によるＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただし、０≦ｘ＜１）か
らなるエピタキシャル層の特性の差異について調べるた
め、ＧａＡｓ基板上に、直接Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただ
し、０≦ｘ＜１）からなるエピタキシャル層を成長させ
た。なお、エピタキシャル層の成長条件は、実施例１と
同様とした。
【００６７】その結果、実施例のようにＧａＮからなる
バッファ層を設けない場合には、ＧａＡｓ基板表面が高
温によりダメージを受けて凹凸ができ、その上に形成さ
れたエピタキシャル層は基板から剥れてしまっている様
子が観察できた。
バッファ層を設けない場合には、ＧａＡｓ基板表面が高
温によりダメージを受けて凹凸ができ、その上に形成さ
れたエピタキシャル層は基板から剥れてしまっている様
子が観察できた。
【００６８】また、バッファ層の有無による特性の差異
を比較するため、前述の実施例１とこの比較例１で得ら
れたエピタキシャルウェハについて、表面粗さ計による
Ａｌ x Ｇａ1-x Ｎエピタキシャル層表面の凹凸の測定、
Ｘ線回折およびＰＬ測定の結果を比較した。
を比較するため、前述の実施例１とこの比較例１で得ら
れたエピタキシャルウェハについて、表面粗さ計による
Ａｌ x Ｇａ1-x Ｎエピタキシャル層表面の凹凸の測定、
Ｘ線回折およびＰＬ測定の結果を比較した。
【００６９】その結果、エピタキシャル層表面の凹凸に
ついては大きな差が見られ、ＧａＮからなるバッファ層
を設けることにより著しく表面ホモロジーが改善される
ことがわかった。また、Ｘ線回折、ＰＬ測定の結果につ
いても、バッファ層を設けた実施例についてのみ、非常
にシャープなピークが観察された。
ついては大きな差が見られ、ＧａＮからなるバッファ層
を設けることにより著しく表面ホモロジーが改善される
ことがわかった。また、Ｘ線回折、ＰＬ測定の結果につ
いても、バッファ層を設けた実施例についてのみ、非常
にシャープなピークが観察された。
【００７０】（実施例３）ＧａＮバッファ層の最適厚さ
を検討するため、ＧａＡｓ基板上に種々の厚さのＧａＮ
バッファ層を形成し、この上にＧａＮエピタキシャル層
を成長させて、得られたＧａＮエピタキシャル層の特性
を比較した。
を検討するため、ＧａＡｓ基板上に種々の厚さのＧａＮ
バッファ層を形成し、この上にＧａＮエピタキシャル層
を成長させて、得られたＧａＮエピタキシャル層の特性
を比較した。
【００７１】なお、ＧａＮバッファ層およびＧａＮエピ
タキシャル層の成長条件は、実施例１と同様とした。
タキシャル層の成長条件は、実施例１と同様とした。
【００７２】図３は、ＧａＮバッファ層の厚さと、Ｇａ
Ｎエピタキシャル層のＸ線ピークの半値幅（ＦＷＨＭ）
との関係を示す図である。図３において、横軸はＧａＮ
バッファ層の厚さ（ｎｍ）を示し、縦軸はＸ線ピークの
半値幅（ＦＷＨＭ）（分）を示している。
Ｎエピタキシャル層のＸ線ピークの半値幅（ＦＷＨＭ）
との関係を示す図である。図３において、横軸はＧａＮ
バッファ層の厚さ（ｎｍ）を示し、縦軸はＸ線ピークの
半値幅（ＦＷＨＭ）（分）を示している。
【００７３】また、図４は、ＧａＮバッファ層の厚さ
と、ＧａＮエピタキシャル層の表面凹凸との関係を示す
図である。図４において、横軸はＧａＮバッファ層の厚
さ（ｎｍ）を示し、縦軸は表面凹凸（μｍ）を示してい
る。なお、表面凹凸とは、凸部最上点と凹部最下点の差
である。
と、ＧａＮエピタキシャル層の表面凹凸との関係を示す
図である。図４において、横軸はＧａＮバッファ層の厚
さ（ｎｍ）を示し、縦軸は表面凹凸（μｍ）を示してい
る。なお、表面凹凸とは、凸部最上点と凹部最下点の差
である。
【００７４】図３および図４より明らかなように、バッ
ファ層の厚さが薄すぎても厚すぎても、その上に成長す
るＧａＮエピタキシャル層の結晶特性は低下してしま
う。そのため、ＧａＮバッファ層の厚さとしては１０ｎ
ｍ〜８０ｎｍが好ましく、さらに好ましくは２０ｎｍ〜
６０ｎｍであると良いことがわかる。
ファ層の厚さが薄すぎても厚すぎても、その上に成長す
るＧａＮエピタキシャル層の結晶特性は低下してしま
う。そのため、ＧａＮバッファ層の厚さとしては１０ｎ
ｍ〜８０ｎｍが好ましく、さらに好ましくは２０ｎｍ〜
６０ｎｍであると良いことがわかる。
【００７５】なお、ＧａＡｓ基板の代わりに、ＧａＰ、
ＩｎＡｓまたはＩｎＰ基板を用いた場合にも、同様の効
果が得られることが確認された。
ＩｎＡｓまたはＩｎＰ基板を用いた場合にも、同様の効
果が得られることが確認された。
【００７６】また、ＩＩＩ族原料としては、ＴＭＧａの
代わりにトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）を用いた場合
にも、同様の効果が得られることが確認された。
代わりにトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）を用いた場合
にも、同様の効果が得られることが確認された。
【００７７】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓまたはＩｎＰ基板を用
いて、高性能の青色発光素子を、低コストで簡便に製造
することができる。特に、Ｍｇドープにより、バンド端
発光が実現できるため、レーザダイオード等広範囲への
応用が可能となる。
ば、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓまたはＩｎＰ基板を用
いて、高性能の青色発光素子を、低コストで簡便に製造
することができる。特に、Ｍｇドープにより、バンド端
発光が実現できるため、レーザダイオード等広範囲への
応用が可能となる。
【００７８】また、この発明による方法は、工業的生産
に対しても十分に適用することができる。
に対しても十分に適用することができる。
【図１】この発明による化合物半導体発光素子の一例の
構造を示す断面図である。
構造を示す断面図である。
【図２】この発明による有機金属クロライド気相エピタ
キシ成長法を用いた化合物半導体発光素子の製造に用い
られる気相成長装置の概略構成を示す図である。
キシ成長法を用いた化合物半導体発光素子の製造に用い
られる気相成長装置の概略構成を示す図である。
【図３】ＧａＮバッファ層の厚さと、ＧａＮエピタキシ
ャル層のＸ線ピークの半値幅（ＦＷＨＭ）との関係を示
す図である。
ャル層のＸ線ピークの半値幅（ＦＷＨＭ）との関係を示
す図である。
【図４】ＧａＮバッファ層の厚さと、ＧａＮエピタキシ
ャル層の表面凹凸との関係を示す図である。
ャル層の表面凹凸との関係を示す図である。
【図５】従来の青色発光素子の一例の構造を示す断面図
である。
である。
【図６】従来のエピタキシャルウェハの一例の構造を示
す断面図である。
す断面図である。
【図７】従来のエピタキシャルウェハの他の例の構造を
示す断面図である。
示す断面図である。
１ 基板 ２ バッファ層 ３ エピタキシャル層 ４ 発光層 ５ クラッド層 ６，７ 電極 ８ 不整合面 ５１ 第１のガス導入口 ５２ 第２のガス導入口 ５３ 排気口 ５４ 反応チャンバ ５５ 抵抗加熱ヒータ なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
Claims (5)
- 【請求項１】 ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓおよびＩｎ
Ｐからなる群から選ばれる化合物半導体基板と、 前記基板上に形成された、厚さが１０ｎｍ〜８０ｎｍの
ＧａＮからなるバッファ層と、 前記バッファ層上に形成された、第１の導電型を有する
Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただし、０≦ｘ＜１）からなるエピ
タキシャル層と、 前記バッファ層と前記エピタキシャル層との界面に位置
する不整合面と、 前記エピタキシャル層上に形成された、Ｍｇドープされ
たＩｎy Ｇａ1-y Ｎ（ただし、０＜ｙ＜１）からなる発
光層と、 前記発光層上に形成された、前記第１の導電型と異なる
第２の導電型を有するＡｌz Ｇａ1-z Ｎ（ただし、０≦
ｚ＜１）からなるクラッド層とを含む、化合物半導体発
光素子。 - 【請求項２】 前記バッファ層の厚さは、２０ｎｍ〜６
０ｎｍである、請求項１記載の化合物半導体発光素子。 - 【請求項３】 ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓおよびＩｎ
Ｐからなる群から選ばれる化合物半導体基板上に、外部
から反応室全体を加熱しながら塩化水素およびガリウム
を含む有機金属原料を含む第１のガスとアンモニアを含
む第２のガスとを反応室内に導入して反応室内に設置さ
れた基板上に気相成長させる方法により、第１の温度
で、ＧａＮからなるバッファ層を形成するステップと、 前記バッファ層上に、外部から反応室全体を加熱しなが
ら塩化水素およびガリウムを含む有機金属原料を含む第
１のガスとアンモニアを含む第２のガスとを反応室内に
導入して反応室内に設置された基板上に気相成長させる
方法により、前記第１の温度より高い第２の温度で、第
１の導電型を有するＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただし、０≦ｘ
＜１）からなるエピタキシャル層を形成するステップ
と、 前記エピタキシャル層上に、ＭｇドープされたＩｎy Ｇ
ａ1-y Ｎ（ただし、０＜ｙ＜１）からなる発光層を形成
するステップと、 前記発光層上に、前記第１の導電型と異なる第２の導電
型を有するＡｌz Ｇａ 1-z Ｎ（ただし、０≦ｚ＜１）か
らなるクラッド層を形成するステップとを備える、化合
物半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項４】 前記第１の温度は３００℃〜７００℃で
あり、前記第２の温度は７５０℃以上である、請求項３
記載の化合物半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項５】 前記第１の温度は４００℃〜６００℃で
ある、請求項４記載の化合物半導体発光素子の製造方
法。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6805195A JPH08264836A (ja) | 1995-03-27 | 1995-03-27 | 化合物半導体発光素子およびその製造方法 |
| TW085102056A TW290743B (ja) | 1995-03-27 | 1996-02-23 | |
| CA002170922A CA2170922C (en) | 1995-03-27 | 1996-03-04 | Compound semiconductor light emitting device and method of preparing the same |
| EP96103584A EP0735598A3 (en) | 1995-03-27 | 1996-03-07 | Compound semiconductor light emitting device and method of preparing the same |
| US08/614,837 US5665986A (en) | 1995-03-27 | 1996-03-07 | Compound semiconductor light emitting device and method of preparing the same |
| KR1019960006429A KR960036160A (ko) | 1995-03-27 | 1996-03-12 | 화합물 반도체 발광소자 및 그 제조 방법 |
| CN96104423A CN1082255C (zh) | 1995-03-27 | 1996-03-27 | 化合物半导体发光器件及其制备方法 |
| US08/856,911 US5756374A (en) | 1995-03-27 | 1997-05-15 | Compound semiconductor light emitting device and method of preparing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6805195A JPH08264836A (ja) | 1995-03-27 | 1995-03-27 | 化合物半導体発光素子およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08264836A true JPH08264836A (ja) | 1996-10-11 |
Family
ID=13362609
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6805195A Pending JPH08264836A (ja) | 1995-03-27 | 1995-03-27 | 化合物半導体発光素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08264836A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6984840B2 (en) | 1998-05-18 | 2006-01-10 | Fujitsu Limited | Optical semiconductor device having an epitaxial layer of III-V compound semiconductor material containing N as a group V element |
Citations (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPH02275682A (ja) * | 1989-01-13 | 1990-11-09 | Toshiba Corp | 化合物半導体材料とこれを用いた半導体素子およびその製造方法 |
| JPH04297023A (ja) * | 1991-01-31 | 1992-10-21 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化ガリウム系化合物半導体の結晶成長方法 |
| JPH05110139A (ja) * | 1991-10-12 | 1993-04-30 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化ガリウムアルミニウム半導体の結晶成長方法。 |
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| JPH06260683A (ja) * | 1993-01-08 | 1994-09-16 | Nichia Chem Ind Ltd | 青色発光素子 |
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| JPH08125221A (ja) * | 1994-10-19 | 1996-05-17 | Sharp Corp | 半導体発光素子 |
| JPH08172055A (ja) * | 1994-12-20 | 1996-07-02 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 窒化物半導体結晶の成長方法およびその装置 |
| JPH08213326A (ja) * | 1993-12-22 | 1996-08-20 | Sumitomo Chem Co Ltd | ３−５族化合物半導体結晶の製造方法 |
-
1995
- 1995-03-27 JP JP6805195A patent/JPH08264836A/ja active Pending
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