JPH08293473A - エピタキシャルウェハおよび化合物半導体発光素子ならびにそれらの製造方法 - Google Patents
エピタキシャルウェハおよび化合物半導体発光素子ならびにそれらの製造方法Info
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- JPH08293473A JPH08293473A JP10135195A JP10135195A JPH08293473A JP H08293473 A JPH08293473 A JP H08293473A JP 10135195 A JP10135195 A JP 10135195A JP 10135195 A JP10135195 A JP 10135195A JP H08293473 A JPH08293473 A JP H08293473A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 長寿命で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】 ＧａＰ基板１と、基板１上に形成されたＩｎ
Ｎからなるバッファ層２と、バッファ層２上に形成され
たＩｎx Ｇａ1-x Ｎからなる緩和層３と、緩和層３上に
形成されたＩｎk Ｇａ1-k Ｎからなる発光層４とを備え
る。ここで、ｋは０＜ｋ＜１の範囲の一定の値であっ
て、ｘはバッファ層２側から発光層４側へ厚さ方向に１
からｋまで（ただし、ｘは１およびｋを除く）減少す
る。
びそれを工業的に製造できる方法を提供する。 【構成】 ＧａＰ基板１と、基板１上に形成されたＩｎ
Ｎからなるバッファ層２と、バッファ層２上に形成され
たＩｎx Ｇａ1-x Ｎからなる緩和層３と、緩和層３上に
形成されたＩｎk Ｇａ1-k Ｎからなる発光層４とを備え
る。ここで、ｋは０＜ｋ＜１の範囲の一定の値であっ
て、ｘはバッファ層２側から発光層４側へ厚さ方向に１
からｋまで（ただし、ｘは１およびｋを除く）減少す
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、エピタキシャルウェ
ハおよび化合物半導体発光素子ならびにそれらの製造方
法に関するものであり、特に、ＧａＡｓ、ＧａＰ、Ｉｎ
ＡｓまたはＩｎＰ等の揮発性化合物半導体基板を用いた
ＩｎＧａＮ系のエピタキシャルウェハおよび化合物半導
体発光素子ならびにそれらの製造方法に関するものであ
る。
ハおよび化合物半導体発光素子ならびにそれらの製造方
法に関するものであり、特に、ＧａＡｓ、ＧａＰ、Ｉｎ
ＡｓまたはＩｎＰ等の揮発性化合物半導体基板を用いた
ＩｎＧａＮ系のエピタキシャルウェハおよび化合物半導
体発光素子ならびにそれらの製造方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】図３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３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ｎ型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、ｎ型ＡｌＧａＮからなるクラッド層１４、ＩｎＧ
ａＮからなる発光層１５、ｐ型ＡｌＧａＮからなるクラ
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１８，１９がそれぞれ形成されている。ま
た、この青色および緑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ｎ型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、ｎ型ＡｌＧａＮからなるクラッド層１４、ＩｎＧ
ａＮからなる発光層１５、ｐ型ＡｌＧａＮからなるクラ
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１８，１９がそれぞれ形成されている。ま
た、この青色および緑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３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。そのため、サファイア基板を用い
ることについては、プロセスコスト上問題を有してい
た。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。そのため、サファイア基板を用い
ることについては、プロセスコスト上問題を有してい
た。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】また、従来の成長方法では成長温度が高い
ため、活性層であるＩｎＧａＮ層１５における高いＩｎ
組成比の成長ができないため、青緑色の発光素子を作製
することが困難であった。しかも、発光中心として亜鉛
（Ｚｎ）を入れることが必須要件となるため、発光波長
が幅広くなり、フルカラーディスプレイの表示の性能が
劣るなど、素子としての応用面で技術的課題があった。
ため、活性層であるＩｎＧａＮ層１５における高いＩｎ
組成比の成長ができないため、青緑色の発光素子を作製
することが困難であった。しかも、発光中心として亜鉛
（Ｚｎ）を入れることが必須要件となるため、発光波長
が幅広くなり、フルカラーディスプレイの表示の性能が
劣るなど、素子としての応用面で技術的課題があった。
【０００６】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等の揮発性化合物半導体
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ＧａＡｓ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等の揮発性化合物半導体
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ＧａＡｓ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。
【０００７】そのため、ＧａＡｓを基板に用いて、Ｇａ
Ｎエピタキシャル層を形成する研究が多数行なわれてい
る。これらの多くは、ＧａＡｓ基板上に、ＧａＮ、Ａｌ
Ｎ、ＧａＡｓ等からなるバッファ層を形成した後、この
バッファ層上にＧａＮエピタキシャル層を形成するとい
うものである。
Ｎエピタキシャル層を形成する研究が多数行なわれてい
る。これらの多くは、ＧａＡｓ基板上に、ＧａＮ、Ａｌ
Ｎ、ＧａＡｓ等からなるバッファ層を形成した後、この
バッファ層上にＧａＮエピタキシャル層を形成するとい
うものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＧａＡ
ｓとＧａＮとの格子不整およびＧａＡｓとＡｌＮとの格
子不整は、それぞれ２０％および２３％である。
ｓとＧａＮとの格子不整およびＧａＡｓとＡｌＮとの格
子不整は、それぞれ２０％および２３％である。
【０００９】そのため、上述のようにＧａＡｓ基板上に
ＧａＮまたはＡｌＮからなるバッファ層を形成し、さら
にその上にＧａＮエピタキシャル層を形成してなるエピ
タキシャルウェハを、発光素子（ＬＥＤ）に用いた場合
には、結晶欠陥によって、素子の寿命が低下してしまう
可能性があるという問題があった。
ＧａＮまたはＡｌＮからなるバッファ層を形成し、さら
にその上にＧａＮエピタキシャル層を形成してなるエピ
タキシャルウェハを、発光素子（ＬＥＤ）に用いた場合
には、結晶欠陥によって、素子の寿命が低下してしまう
可能性があるという問題があった。
【００１０】この発明の目的は、上述の問題点を解決
し、長寿命で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、長寿命で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。
【００１１】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明によるエ
ピタキシャルウェハは、揮発性化合物半導体基板と、基
板上に形成されたＩｎＮからなるバッファ層と、バッフ
ァ層上に形成された、ＩｎＧａＮを含むエピタキシャル
層とを備えている。
ピタキシャルウェハは、揮発性化合物半導体基板と、基
板上に形成されたＩｎＮからなるバッファ層と、バッフ
ァ層上に形成された、ＩｎＧａＮを含むエピタキシャル
層とを備えている。
【００１２】揮発性化合物半導体基板材料としては、た
とえば、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓまたはＩｎＰ等の
化合物半導体が挙げられる。
とえば、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓまたはＩｎＰ等の
化合物半導体が挙げられる。
【００１３】請求項３の発明による化合物半導体発光素
子は、揮発性化合物半導体基板と、基板上に形成された
ＩｎＮからなるバッファ層と、バッファ層上に形成され
た、Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎからなる緩和層と、緩和層上に形
成されたＩｎk Ｇａ1-k Ｎからなる発光層とを備えてい
る。
子は、揮発性化合物半導体基板と、基板上に形成された
ＩｎＮからなるバッファ層と、バッファ層上に形成され
た、Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎからなる緩和層と、緩和層上に形
成されたＩｎk Ｇａ1-k Ｎからなる発光層とを備えてい
る。
【００１４】ここで、ｋは０＜ｋ＜１の範囲の一定の値
であって、ｘはバッファ層側から発光層側へ厚さ方向に
１からｋまで（ただし、ｘは１およびｋを除く）減少し
ている。
であって、ｘはバッファ層側から発光層側へ厚さ方向に
１からｋまで（ただし、ｘは１およびｋを除く）減少し
ている。
【００１５】また、ｘは、バッファ層側から発光層側へ
厚さ方向に、１からｋまで単調に減少してもよいし、段
階的に減少してもよい。単調に減少する例としては、た
とえば直線的減少であってもよいし、曲線的減少であっ
てもよい。
厚さ方向に、１からｋまで単調に減少してもよいし、段
階的に減少してもよい。単調に減少する例としては、た
とえば直線的減少であってもよいし、曲線的減少であっ
てもよい。
【００１６】さらに、Ｉｎx Ｇａ1-x 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＜ｘ＜０．
４の範囲では紫色、０．４≦ｘ＜０．７の範囲では青
色、０．７≦ｘ＜０．９の範囲では緑色、０．９≦ｘ＜
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。
にＺｎ等の発光中心をドープしない場合、０＜ｘ＜０．
４の範囲では紫色、０．４≦ｘ＜０．７の範囲では青
色、０．７≦ｘ＜０．９の範囲では緑色、０．９≦ｘ＜
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。
【００１７】揮発性化合物半導体基板材料としては、た
とえば、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓまたはＩｎＰ等の
化合物半導体が挙げられる。
とえば、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓまたはＩｎＰ等の
化合物半導体が挙げられる。
【００１８】請求項５の発明によるエピタキシャルウェ
ハの製造方法は、揮発性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インジウム
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、ＩｎＮ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、ガリウム
を含む有機金属原料およびインジ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、ＩｎＧａＮを含むエピタキシャ
ル層を形成するステップとを備えている。
ハの製造方法は、揮発性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インジウム
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、ＩｎＮ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、ガリウム
を含む有機金属原料およびインジ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、ＩｎＧａＮを含むエピタキシャ
ル層を形成するステップとを備えている。
【００１９】ここで、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。また、インジウムを含む有機金属
原料としては、たとえば、トリメチルインジウム、トリ
エチルインジウム等が用いられる。
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。また、インジウムを含む有機金属
原料としては、たとえば、トリメチルインジウム、トリ
エチルインジウム等が用いられる。
【００２０】また、揮発性化合物半導体基板材料として
は、たとえば、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓまたはＩｎ
Ｐ等の化合物半導体が挙げられる。
は、たとえば、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓまたはＩｎ
Ｐ等の化合物半導体が挙げられる。
【００２１】請求項７の発明による化合物半導体発光素
子の製造方法は、揮発性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インジウム
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、ＩｎＮ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、ガリウム
を含む有機金属原料およびインジ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、基板温度を昇温させながら、Ｉ
ｎx Ｇａ1-x Ｎからなる緩和層を形成するステップと、
緩和層上に、外部から反応室全体を加熱しながら塩化水
素、ガリウムを含む有機金属原料およびインジウムを含
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、Ｉｎk Ｇａ1-k Ｎ
からなる発光層を形成するステップとを備えている。
子の製造方法は、揮発性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インジウム
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、ＩｎＮ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、ガリウム
を含む有機金属原料およびインジ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、基板温度を昇温させながら、Ｉ
ｎx Ｇａ1-x Ｎからなる緩和層を形成するステップと、
緩和層上に、外部から反応室全体を加熱しながら塩化水
素、ガリウムを含む有機金属原料およびインジウムを含
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、Ｉｎk Ｇａ1-k Ｎ
からなる発光層を形成するステップとを備えている。
【００２２】ここで、ｋは０＜ｋ＜１の範囲の一定の値
であって、ｘは、バッファ層側から発光層側へ厚さ方向
に１からｋまで（ただし、ｘは１およびｋを除く）減少
している。
であって、ｘは、バッファ層側から発光層側へ厚さ方向
に１からｋまで（ただし、ｘは１およびｋを除く）減少
している。
【００２３】また、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。また、インジウムを含む有機金属原
料としては、たとえば、トリメチルインジウム、トリエ
チルインジ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。また、インジウムを含む有機金属原
料としては、たとえば、トリメチルインジウム、トリエ
チルインジウム等が用いられる。
【００２４】揮発性化合物半導体基板材料としては、た
とえば、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓまたはＩｎＰ等の
化合物半導体が挙げられる。
とえば、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓまたはＩｎＰ等の
化合物半導体が挙げられる。
【００２５】
【作用】この発明によるエピタキシャルウェハおよび化
合物半導体発光素子は、ＩｎＮからなるバッファ層を備
えている。
合物半導体発光素子は、ＩｎＮからなるバッファ層を備
えている。
【００２６】このＩｎＮとＧａＰとの格子不整は、９％
である。また、ＩｎＮとＧａＡｓとの格子不整は１２％
である。
である。また、ＩｎＮとＧａＡｓとの格子不整は１２％
である。
【００２７】一方、現在市販されている青色および緑色
発光素子は、サファイア基板上にＧａＮのバッファ層が
形成されているが、ＧａＮとサファイアとの格子不整は
１３％である。
発光素子は、サファイア基板上にＧａＮのバッファ層が
形成されているが、ＧａＮとサファイアとの格子不整は
１３％である。
【００２８】これらのことから、この発明によれば、基
板とバッファ層との格子不整を小さくすることができ
る。
板とバッファ層との格子不整を小さくすることができ
る。
【００２９】また、この発明に従うエピタキシャルウェ
ハおよび化合物半導体発光素子の製造方法によれば、Ｉ
ｎＮバッファ層およびＩｎＧａＮ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、ガ
リウムを含む有機金属原料およびインジウムを含む有機
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。
ハおよび化合物半導体発光素子の製造方法によれば、Ｉ
ｎＮバッファ層およびＩｎＧａＮ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、ガ
リウムを含む有機金属原料およびインジウムを含む有機
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。
【００３０】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。
【００３１】
（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。
【００３２】図１を参照して、この化合物半導体素子
は、ＧａＰ基板１と、基板１上に形成されたＩｎＮから
なるバッファ層２と、バッファ層２上に形成された緩和
層３と、緩和層３上に形成された、Ｚｎがドープされた
Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎからなる発光層４とから構成されて
いる。また、発光層４上にはクラッド層が形成され、ク
ラッド層の上部および基板１の裏面には、電極がそれぞ
れ形成される。
は、ＧａＰ基板１と、基板１上に形成されたＩｎＮから
なるバッファ層２と、バッファ層２上に形成された緩和
層３と、緩和層３上に形成された、Ｚｎがドープされた
Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎからなる発光層４とから構成されて
いる。また、発光層４上にはクラッド層が形成され、ク
ラッド層の上部および基板１の裏面には、電極がそれぞ
れ形成される。
【００３３】ここで、緩和層３は、Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎか
らなり、ｘは、バッファ層２側から発光層４側へ厚さ方
向に１から０．３まで直線的に減少している。
らなり、ｘは、バッファ層２側から発光層４側へ厚さ方
向に１から０．３まで直線的に減少している。
【００３４】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。
【００３５】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。
【００３６】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。
【００３７】図２を参照して、まず、石英からなる反応
チャンバ５４内に、希王水系のエッチング液で前処理さ
れたＧａＰ基板１を設置した。
チャンバ５４内に、希王水系のエッチング液で前処理さ
れたＧａＰ基板１を設置した。
【００３８】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４５０℃〜６５０
℃の温度範囲に保持した状態で、第１のガス導入口５１
からＩＩＩ族原料としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ
ｎ）および塩化水素（ＨＣｌ）をそれぞれ分圧８×１０
-4ａｔｍ、８×１０-4ａｔｍ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（Ｎ
Ｈ3 ）を分圧１．６×１０-1ａｔｍで導入した。このよ
うな条件で、３０分間エピタキシャル成長させ、厚さ３
０ｎｍのＩｎＮ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４５０℃〜６５０
℃の温度範囲に保持した状態で、第１のガス導入口５１
からＩＩＩ族原料としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ
ｎ）および塩化水素（ＨＣｌ）をそれぞれ分圧８×１０
-4ａｔｍ、８×１０-4ａｔｍ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（Ｎ
Ｈ3 ）を分圧１．６×１０-1ａｔｍで導入した。このよ
うな条件で、３０分間エピタキシャル成長させ、厚さ３
０ｎｍのＩｎＮ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。
【００３９】次に、このようにＩｎＮ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５００℃〜８００℃まで昇温させながら、ＴＭＩ
ｎの分圧を８×１０-4ａｔｍから１．６×１０-1ａｔｍ
まで直線的に変化させながら、６０分間エピタキシャル
成長させた。
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５００℃〜８００℃まで昇温させながら、ＴＭＩ
ｎの分圧を８×１０-4ａｔｍから１．６×１０-1ａｔｍ
まで直線的に変化させながら、６０分間エピタキシャル
成長させた。
【００４０】その結果、バッファ層２上に、Ｉｎx Ｇａ
1-x Ｎからなる緩和層３が形成された。なお、ここで、
ｘは、バッファ層２側から発光層４側へ厚さ方向に１か
ら０．２まで直線的に減少していた。
1-x Ｎからなる緩和層３が形成された。なお、ここで、
ｘは、バッファ層２側から発光層４側へ厚さ方向に１か
ら０．２まで直線的に減少していた。
【００４１】次に、このようにバッファ層２および緩和
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８００℃に保持した状態で、エピタキシャル成長
させ、緩和層３上に、Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎからなる発光
層４を形成した。
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８００℃に保持した状態で、エピタキシャル成長
させ、緩和層３上に、Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎからなる発光
層４を形成した。
【００４２】なお、ＩｎＧａＮからなる緩和層３および
発光層４のドーパントとしては、ｎ型についてはＳｉま
たはＳを、ｐ型としてはＺｎを用いた。
発光層４のドーパントとしては、ｎ型についてはＳｉま
たはＳを、ｐ型としてはＺｎを用いた。
【００４３】次に、発光層４上にクラッド層を形成した
後、このクラッド層上および基板１の裏面に、電極をそ
れぞれ形成し、青色発光素子を完成した。
後、このクラッド層上および基板１の裏面に、電極をそ
れぞれ形成し、青色発光素子を完成した。
【００４４】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。また、ＴＭＩｎの分圧
がＴＭＧａ分圧の２０倍となるように調整し、かつ、基
板温度を５００℃〜７００℃の範囲に調整した場合に
は、他の条件は全く同様にして、Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｎか
らなる発光層４が形成された。ただし、発光層にはドー
ピングを行なわなかった。この結果、上記のＩｎ0.2 Ｇ
ａ0.8 Ｎを発光層とした素子よりもより波長純度の良い
青色発光素子が得られた。
高性能を示すことが確認された。また、ＴＭＩｎの分圧
がＴＭＧａ分圧の２０倍となるように調整し、かつ、基
板温度を５００℃〜７００℃の範囲に調整した場合に
は、他の条件は全く同様にして、Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｎか
らなる発光層４が形成された。ただし、発光層にはドー
ピングを行なわなかった。この結果、上記のＩｎ0.2 Ｇ
ａ0.8 Ｎを発光層とした素子よりもより波長純度の良い
青色発光素子が得られた。
【００４５】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。ただし、Ｉｎ0. 8 Ｇａ0.2 Ｎにはドーピン
グを行なわなかった。その結果、波長純度の良い緑色発
光素子が得られた。
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。ただし、Ｉｎ0. 8 Ｇａ0.2 Ｎにはドーピン
グを行なわなかった。その結果、波長純度の良い緑色発
光素子が得られた。
【００４６】（実施例２）ＩｎＧａＮからなる発光層４
のｐ型ドーパントとして、Ｍｇを用い、他の条件は実施
例１と全く同様にして、化合物半導体発光素子を作製し
た。
のｐ型ドーパントとして、Ｍｇを用い、他の条件は実施
例１と全く同様にして、化合物半導体発光素子を作製し
た。
【００４７】その結果、発光波長がシャープなバンド端
発光が実現できた。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。
発光が実現できた。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。
【００４８】これに対して、この発明によれば、ＧａＡ
ｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓまたはＩｎＰ等の揮発性化合物半
導体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。
ｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓまたはＩｎＰ等の揮発性化合物半
導体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。
【００４９】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。
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。
【００５０】また、格子不整が小さいことにより、結晶
欠陥を低減することができるので、従来より寿命の長い
青色および緑色発光素子を形成することが可能になっ
た。
欠陥を低減することができるので、従来より寿命の長い
青色および緑色発光素子を形成することが可能になっ
た。
【００５１】さらに、基板をＧａＡｓとして全く同様の
発光素子を作製したところ、同じく高性能の青色および
緑色発光素子を形成することができた。
発光素子を作製したところ、同じく高性能の青色および
緑色発光素子を形成することができた。
【００５２】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、基板とバッファ層との格子不整が小さく抑えられ
る。
ば、基板とバッファ層との格子不整が小さく抑えられ
る。
【００５３】その結果、結晶欠陥を少なくすることがで
き、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓまたはＩｎＰ基板を用
いて、長寿命で高性能の化合物半導体発光素子を、低コ
ストで簡便に製造することができる。
き、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓまたはＩｎＰ基板を用
いて、長寿命で高性能の化合物半導体発光素子を、低コ
ストで簡便に製造することができる。
【００５４】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】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。
１ 基板 ２ バッファ層 ３ 緩和層 ４ 発光層 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 (8)
- 【請求項１】 揮発性化合物半導体基板と、 前記基板上に形成されたＩｎＮからなるバッファ層と、 前記バッファ層上に形成された、ＩｎＧａＮを含むエピ
タキシャル層とを備えた、エピタキシャルウェハ。 - 【請求項２】 前記揮発性化合物半導体基板は、ＧａＡ
ｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓおよびＩｎＰからなる群から選ば
れる化合物半導体からなる、請求項１記載のエピタキシ
ャルウェハ。 - 【請求項３】 揮発性化合物半導体基板と、 前記基板上に形成されたＩｎＮからなるバッファ層と、 前記バッファ層上に形成された、Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎから
なる緩和層と、 前記緩和層上に形成された、Ｉｎk Ｇａ1-k Ｎからなる
発光層とを備え、 ｋは０＜ｋ＜１の範囲の一定の値であって、 ｘは前記バッファ層側から前記発光層側へ厚さ方向に１
からｋまで（ただし、ｘは１およびｋを除く）減少す
る、化合物半導体発光素子。 - 【請求項４】 前記揮発性化合物半導体基板は、ＧａＡ
ｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓおよびＩｎＰからなる群から選ば
れる化合物半導体からなる、請求項３記載の化合物半導
体発光素子。 - 【請求項５】 揮発性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インジウムを
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、ＩｎＮ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、ガリウムを含む有機金属原料およびインジ
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、ＩｎＧａ
Ｎを含むエピタキシャル層を形成するステップとを備え
る、エピタキシャルウェハの製造方法。 - 【請求項６】 前記揮発性化合物半導体基板は、ＧａＡ
ｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓおよびＩｎＰからなる群から選ば
れる化合物半導体からなる、請求項５記載のエピタキシ
ャルウェハの製造方法。 - 【請求項７】 揮発性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インジウムを
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、ＩｎＮ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、ガリウムを含む有機金属原料およびインジ
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、前記基板
温度を昇温させながら、Ｉｎx Ｇａ1-xＮからなる緩和
層を形成するステップと、 前記緩和層上に、外部から反応室全体を加熱しながら塩
化水素、ガリウムを含む有機金属原料およびインジウム
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、Ｉｎk Ｇａ
1-k Ｎからなる発光層を形成するステップとを備え、 ｋは０＜ｋ＜１の範囲の一定の値であって、 ｘは、前記バッファ層側から前記発光層側へ厚さ方向に
１からｋまで（ただし、ｘは１およびｋを除く）減少す
る、化合物半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項８】 前記揮発性化合物半導体基板は、ＧａＡ
ｓ、ＧａＰ、ＩｎＡｓおよびＩｎＰからなる群から選ば
れる化合物半導体からなる、請求項７記載の化合物半導
体発光素子の製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10135195A JPH08293473A (ja) | 1995-04-25 | 1995-04-25 | エピタキシャルウェハおよび化合物半導体発光素子ならびにそれらの製造方法 |
| TW085104604A TW293951B (ja) | 1995-04-25 | 1996-04-18 | |
| US08/636,563 US5864573A (en) | 1995-04-25 | 1996-04-23 | Epitaxial wafer and compound semiconductor light emitting device, and method of fabricating the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10135195A JPH08293473A (ja) | 1995-04-25 | 1995-04-25 | エピタキシャルウェハおよび化合物半導体発光素子ならびにそれらの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08293473A true JPH08293473A (ja) | 1996-11-05 |
Family
ID=14298424
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10135195A Withdrawn JPH08293473A (ja) | 1995-04-25 | 1995-04-25 | エピタキシャルウェハおよび化合物半導体発光素子ならびにそれらの製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5864573A (ja) |
| JP (1) | JPH08293473A (ja) |
| TW (1) | TW293951B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008211198A (ja) * | 2007-01-31 | 2008-09-11 | Sumitomo Chemical Co Ltd | ３−５族系化合物半導体の製造方法 |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6020602A (en) * | 1996-09-10 | 2000-02-01 | Kabushiki Kaisha Toshba | GaN based optoelectronic device and method for manufacturing the same |
| KR100304664B1 (ko) * | 1999-02-05 | 2001-09-26 | 윤종용 | ＧａＮ막 제조 방법 |
| KR100513923B1 (ko) * | 2004-08-13 | 2005-09-08 | 재단법인서울대학교산학협력재단 | 질화물 반도체층을 성장시키는 방법 및 이를 이용하는 질화물 반도체 발광소자 |
| KR100765240B1 (ko) * | 2006-09-30 | 2007-10-09 | 서울옵토디바이스주식회사 | 서로 다른 크기의 발광셀을 가지는 발광 다이오드 패키지및 이를 채용한 발광 소자 |
| US7547908B2 (en) * | 2006-12-22 | 2009-06-16 | Philips Lumilieds Lighting Co, Llc | III-nitride light emitting devices grown on templates to reduce strain |
| US7534638B2 (en) * | 2006-12-22 | 2009-05-19 | Philips Lumiled Lighting Co., Llc | III-nitride light emitting devices grown on templates to reduce strain |
| US7951693B2 (en) * | 2006-12-22 | 2011-05-31 | Philips Lumileds Lighting Company, Llc | III-nitride light emitting devices grown on templates to reduce strain |
| US7806635B2 (en) * | 2007-03-07 | 2010-10-05 | Makino, Inc. | Method and apparatus for producing a shaped bore |
| CN101560692A (zh) * | 2009-05-13 | 2009-10-21 | 南京大学 | 一种非极性面InN材料的生长方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2593960B2 (ja) * | 1990-11-29 | 1997-03-26 | シャープ株式会社 | 化合物半導体発光素子とその製造方法 |
| JPH08172056A (ja) * | 1994-12-20 | 1996-07-02 | Mitsubishi Electric Corp | 化合物半導体層の成長方法 |
| US5679965A (en) * | 1995-03-29 | 1997-10-21 | North Carolina State University | Integrated heterostructures of Group III-V nitride semiconductor materials including epitaxial ohmic contact, non-nitride buffer layer and methods of fabricating same |
| JP3599896B2 (ja) * | 1995-05-19 | 2004-12-08 | 三洋電機株式会社 | 半導体レーザ素子および半導体レーザ素子の製造方法 |
-
1995
- 1995-04-25 JP JP10135195A patent/JPH08293473A/ja not_active Withdrawn
-
1996
- 1996-04-18 TW TW085104604A patent/TW293951B/zh not_active IP Right Cessation
- 1996-04-23 US US08/636,563 patent/US5864573A/en not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008211198A (ja) * | 2007-01-31 | 2008-09-11 | Sumitomo Chemical Co Ltd | ３−５族系化合物半導体の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW293951B (ja) | 1996-12-21 |
| US5864573A (en) | 1999-01-26 |
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Legal Events
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