JPH09312418A - ３族窒化物半導体素子 - Google Patents
３族窒化物半導体素子Info
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- JPH09312418A JPH09312418A JP15027196A JP15027196A JPH09312418A JP H09312418 A JPH09312418 A JP H09312418A JP 15027196 A JP15027196 A JP 15027196A JP 15027196 A JP15027196 A JP 15027196A JP H09312418 A JPH09312418 A JP H09312418A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】素子特性や信頼性に優れた半導体素子を提供す
ること。 【解決手段】発光ダイオード１０は、サファイア基板１
上に順に0.05μｍのAlNバッファ層２、膜厚約2.5 μ
ｍ、電子濃度2 ×1018/cm3のシリコン(Si)ドープGaN か
ら成る高キャリア濃度ｎ+ 層３、膜厚約0.5 μｍ、電子
濃度 5×1017/cm3のSiドープの(Alx1Ga1-x1)y1In1-y1N
から成るｎ層４、膜厚約0.05μｍ、(Alx2Ga1-x2)y2In
1-y2Nから成る活性層５，膜厚約1.0 μｍ、ホール濃度5
×1017/cm3のマグネシウム（Mg) ドープの(Alx3G
a1-x3)y3In1-y3N から成るｐ層６、膜厚約0.2 μｍ、ホ
ール濃度7 ×1017/cm3のMgドープのGaN から成るコンタ
クト層７が形成されている。そして、コンタクト層７と
ｎ+ 層３とに接続する金属電極８と９がそれぞれ形成さ
れている。基板１の裏面には、膜圧0.05μｍのAlN の裏
面バッファ層１２、膜厚約4.3 μｍのGaN の裏面GaN 層
１３、膜圧0.15μｍのSiO2層１４が順に形成されてい
る。
ること。 【解決手段】発光ダイオード１０は、サファイア基板１
上に順に0.05μｍのAlNバッファ層２、膜厚約2.5 μ
ｍ、電子濃度2 ×1018/cm3のシリコン(Si)ドープGaN か
ら成る高キャリア濃度ｎ+ 層３、膜厚約0.5 μｍ、電子
濃度 5×1017/cm3のSiドープの(Alx1Ga1-x1)y1In1-y1N
から成るｎ層４、膜厚約0.05μｍ、(Alx2Ga1-x2)y2In
1-y2Nから成る活性層５，膜厚約1.0 μｍ、ホール濃度5
×1017/cm3のマグネシウム（Mg) ドープの(Alx3G
a1-x3)y3In1-y3N から成るｐ層６、膜厚約0.2 μｍ、ホ
ール濃度7 ×1017/cm3のMgドープのGaN から成るコンタ
クト層７が形成されている。そして、コンタクト層７と
ｎ+ 層３とに接続する金属電極８と９がそれぞれ形成さ
れている。基板１の裏面には、膜圧0.05μｍのAlN の裏
面バッファ層１２、膜厚約4.3 μｍのGaN の裏面GaN 層
１３、膜圧0.15μｍのSiO2層１４が順に形成されてい
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は３族窒化物半導体を
用いた半導体素子に関する。特に、素子特性や信頼性に
優れた半導体素子に関する。
用いた半導体素子に関する。特に、素子特性や信頼性に
優れた半導体素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、青色や短波長領域の発光素子の材
料としてAlGaInN 系の化合物半導体を用いたものが知ら
れている。その化合物半導体は直接遷移型であることか
ら発光効率が高いこと、光の３原色の１つである青色及
び緑色を発光色とすること等から注目されている。
料としてAlGaInN 系の化合物半導体を用いたものが知ら
れている。その化合物半導体は直接遷移型であることか
ら発光効率が高いこと、光の３原色の１つである青色及
び緑色を発光色とすること等から注目されている。
【０００３】最近、AlGaInN 系半導体においても、Mgを
ドープして電子線を照射したり、熱処理によりｐ型化で
きることが明らかになった。この結果、従来のｎ層と半
絶縁層（ｉ層）とを接合させたMIS 型構造に換えて、Al
GaN のｐ層と、ZnドープのInGaN の発光層と、AlGaN の
ｎ層とを用いたダブルヘテロ構造あるいは単一量子井戸
構造の半導体素子が提案されている。
ドープして電子線を照射したり、熱処理によりｐ型化で
きることが明らかになった。この結果、従来のｎ層と半
絶縁層（ｉ層）とを接合させたMIS 型構造に換えて、Al
GaN のｐ層と、ZnドープのInGaN の発光層と、AlGaN の
ｎ層とを用いたダブルヘテロ構造あるいは単一量子井戸
構造の半導体素子が提案されている。
【０００４】上記構造を有する半導体素子のAlGaInN 系
半導体は、有機金属化合物気相成長法あるいは分子線成
長法等によるエピタキシャル成長により、半導体または
絶縁体基板上に形成されている。
半導体は、有機金属化合物気相成長法あるいは分子線成
長法等によるエピタキシャル成長により、半導体または
絶縁体基板上に形成されている。
【０００５】理想的には、基板として、格子定数および
熱膨張係数がAlGaInN 系半導体とほぼ一致し、且つ、エ
ピタキシャル成長時の高温化でも安定した材料が適当で
ある。その観点からは基板に、素子層と同一材料のAlGa
InN 系半導体を用いるのが最適である。しかし実際に
は、基板として利用できる程大面積のAlGaInN 系半導体
の単結晶を得ることは、構成元素の窒素の平衡蒸気圧が
極めて高いため困難である。しかもその他の材料におい
ても、格子定数および熱膨張係数がAlGaInN 系半導体と
近く、且つ、エピタキシャル成長時の高温化でも安定し
たものは見つからない。そこで従来の発光ダイオード２
０は、図５に示すように、AlGaInN 系半導体と格子定数
および熱膨張係数が異なるサファイア２１あるいは炭化
珪素などを基板上に、順次、バッファ層２２、GaN のｎ
+ 層２３、GaN のｎ層２４、InGaN の活性層２５、AlGa
N のｐ層２６、GaN のコンタクト層２７、電極層２８、
２９を形成したものである。
熱膨張係数がAlGaInN 系半導体とほぼ一致し、且つ、エ
ピタキシャル成長時の高温化でも安定した材料が適当で
ある。その観点からは基板に、素子層と同一材料のAlGa
InN 系半導体を用いるのが最適である。しかし実際に
は、基板として利用できる程大面積のAlGaInN 系半導体
の単結晶を得ることは、構成元素の窒素の平衡蒸気圧が
極めて高いため困難である。しかもその他の材料におい
ても、格子定数および熱膨張係数がAlGaInN 系半導体と
近く、且つ、エピタキシャル成長時の高温化でも安定し
たものは見つからない。そこで従来の発光ダイオード２
０は、図５に示すように、AlGaInN 系半導体と格子定数
および熱膨張係数が異なるサファイア２１あるいは炭化
珪素などを基板上に、順次、バッファ層２２、GaN のｎ
+ 層２３、GaN のｎ層２４、InGaN の活性層２５、AlGa
N のｐ層２６、GaN のコンタクト層２７、電極層２８、
２９を形成したものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが上記の素子で
は製作時に、高温でのAlGaInN 系半導体のエピタキシャ
ル成長終了後、室温まで温度を下げる過程において、基
板とAlGaInN 系半導体との熱膨張係数の違いにより、熱
応力が発生する。この熱応力により、基板あるいはAlGa
InN 系半導体には結晶欠陥やクラック、又反りが発生し
やくすなり問題が生じる。
は製作時に、高温でのAlGaInN 系半導体のエピタキシャ
ル成長終了後、室温まで温度を下げる過程において、基
板とAlGaInN 系半導体との熱膨張係数の違いにより、熱
応力が発生する。この熱応力により、基板あるいはAlGa
InN 系半導体には結晶欠陥やクラック、又反りが発生し
やくすなり問題が生じる。
【０００７】このような結晶欠陥やクラックの発生は、
素子の電気的特性を悪化させ、歩留りを大きく減じる原
因となる。更には、素子の劣化を引き起こし素子寿命を
短くしてしまう。
素子の電気的特性を悪化させ、歩留りを大きく減じる原
因となる。更には、素子の劣化を引き起こし素子寿命を
短くしてしまう。
【０００８】また反りの発生は、素子作製時のエッチン
グや電極形成などの微細加工の精度を低下させて素子特
性を悪くしたり、素子の電極や保護膜が剥がれやすくな
り信頼性を低下させる要因となる。更に、発光素子がレ
ーザの場合には、発光層の両端面を鏡面として光共振器
を構成して、誘導放出により光増幅を行っているが、発
光層での反りの発生は光の損失を大きくし、光の増幅利
得が低下することにもなる。
グや電極形成などの微細加工の精度を低下させて素子特
性を悪くしたり、素子の電極や保護膜が剥がれやすくな
り信頼性を低下させる要因となる。更に、発光素子がレ
ーザの場合には、発光層の両端面を鏡面として光共振器
を構成して、誘導放出により光増幅を行っているが、発
光層での反りの発生は光の損失を大きくし、光の増幅利
得が低下することにもなる。
【０００９】そこで本発明の目的は、結晶欠陥やクラッ
クが発生せず且つ反りがなく、結果として素子特性や信
頼性に優れた３族窒化物半導体素子を提供することであ
る。
クが発生せず且つ反りがなく、結果として素子特性や信
頼性に優れた３族窒化物半導体素子を提供することであ
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】第１の発明の特徴は、半
導体または絶縁体からなる基板と、その上に形成された
少なくとも１層の３族窒化物半導体(AlxGaYIn1-X-YN;０
≦X ≦１，０≦Y ≦１, ０≦X+Y ≦１) から成る素子層
と、基板において素子層が形成されている面と反対側の
面に形成された少なくとも１層の半導体または絶縁体か
らなる裏面層を有することを特徴とする。第２の発明の
特徴は、素子層が３族窒化物半導体(AlxGaYIn1-X-YN;０
≦X ≦１，０≦Y ≦１, ０≦X+Y ≦１) から成る発光素
子を有することである。
導体または絶縁体からなる基板と、その上に形成された
少なくとも１層の３族窒化物半導体(AlxGaYIn1-X-YN;０
≦X ≦１，０≦Y ≦１, ０≦X+Y ≦１) から成る素子層
と、基板において素子層が形成されている面と反対側の
面に形成された少なくとも１層の半導体または絶縁体か
らなる裏面層を有することを特徴とする。第２の発明の
特徴は、素子層が３族窒化物半導体(AlxGaYIn1-X-YN;０
≦X ≦１，０≦Y ≦１, ０≦X+Y ≦１) から成る発光素
子を有することである。
【００１１】第３の発明の特徴は、裏面層が３族窒化物
半導体(AlxGaYIn1-X-YN;０≦X ≦１，０≦Y ≦１, ０≦
X+Y ≦１) から成る層を有することである。第４の発明
の特徴は、基板がサファイアもしくは炭化珪素であるこ
とである。第５の発明の特徴は、基板の厚さが３０〜３
００μｍであることである。
半導体(AlxGaYIn1-X-YN;０≦X ≦１，０≦Y ≦１, ０≦
X+Y ≦１) から成る層を有することである。第４の発明
の特徴は、基板がサファイアもしくは炭化珪素であるこ
とである。第５の発明の特徴は、基板の厚さが３０〜３
００μｍであることである。
【００１２】
【発明の作用及び効果】上記の素子で、素子層が形成さ
れている面と反対側の基板面に裏面層を形成し、この裏
面層の膜厚や層構造、成膜温度等を調整することで、素
子層にかかる熱応力を低減し、且つ素子の反りをなくす
ことができる。その結果、半導体素子の基板や素子層に
おける結晶欠陥やクラックの発生が抑えられ、素子層の
電気的特性が向上し、歩留りを良くすることができる。
また素子の劣化が殆どなくなり寿命が長くなる。更に、
熱応力により発生する反りがなくなるため、素子作製時
の微細加工の不具合や電極や保護膜のはがれ等がなく、
素子特性や信頼性に優れる。更に、発光素子の発光層の
反りがないために、両端面の鏡面の平行度が高くなると
共に光の損失が少なくる。従って、発光層の端面を鏡面
とした共振器構造を作製することが容易となり、誘導放
出による光の増幅利得を大きくでき、高密度の光出力が
得られる。
れている面と反対側の基板面に裏面層を形成し、この裏
面層の膜厚や層構造、成膜温度等を調整することで、素
子層にかかる熱応力を低減し、且つ素子の反りをなくす
ことができる。その結果、半導体素子の基板や素子層に
おける結晶欠陥やクラックの発生が抑えられ、素子層の
電気的特性が向上し、歩留りを良くすることができる。
また素子の劣化が殆どなくなり寿命が長くなる。更に、
熱応力により発生する反りがなくなるため、素子作製時
の微細加工の不具合や電極や保護膜のはがれ等がなく、
素子特性や信頼性に優れる。更に、発光素子の発光層の
反りがないために、両端面の鏡面の平行度が高くなると
共に光の損失が少なくる。従って、発光層の端面を鏡面
とした共振器構造を作製することが容易となり、誘導放
出による光の増幅利得を大きくでき、高密度の光出力が
得られる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施例に
基づいて説明する。なお本発明は下記実施例に限定され
るものではない。第１実施例 図１において、発光ダイオード１０は、サファイア基板
１を有しており、そのサファイア基板１上に0.05μｍの
AlN バッファ層２が形成されている。そのバッファ層２
の上には、順に、膜厚約2.5 μｍ、電子濃度2 ×1018/c
m3のシリコン(Si)ドープGaN から成る高キャリア濃度ｎ
+ 層３、膜厚約0.5 μｍ、電子濃度 5×1017/cm3のシリ
コン(Si)ドープの(Alx1Ga1-x1)y1In1-y1N から成る高キ
ャリア濃度ｎ層４、膜厚約0.05μｍ、(Alx2Ga1-x2)y2In
1-y2N から成り、シリコン(Si)と亜鉛(Zn)が、それぞ
れ、1 ×1018/cm3に添加された活性層５，膜厚約1.0 μ
ｍ、ホール濃度5 ×1017/cm3のマグネシウム（Mg) ドー
プの(Alx3Ga1-x3)y3In1-y3Nから成るｐ層６，膜厚約0.2
μｍ、ホール濃度7 ×1017/cm3のマグネシウム（Mg)
ドープのGaN から成るコンタクト層７が形成されてい
る。更に、コンタクト層７に接続する金属電極８とｎ+
層３に接続する金属電極９が形成されている。そしてサ
ファイア基板の裏面には、基板に近い方から順に、0.05
μｍのAlN の裏面バッファ層１２、膜厚約4.3 μｍのGa
N からなる裏面GaN 層１３と膜厚約0.15μｍのSiO2層１
４が形成されている。
基づいて説明する。なお本発明は下記実施例に限定され
るものではない。第１実施例 図１において、発光ダイオード１０は、サファイア基板
１を有しており、そのサファイア基板１上に0.05μｍの
AlN バッファ層２が形成されている。そのバッファ層２
の上には、順に、膜厚約2.5 μｍ、電子濃度2 ×1018/c
m3のシリコン(Si)ドープGaN から成る高キャリア濃度ｎ
+ 層３、膜厚約0.5 μｍ、電子濃度 5×1017/cm3のシリ
コン(Si)ドープの(Alx1Ga1-x1)y1In1-y1N から成る高キ
ャリア濃度ｎ層４、膜厚約0.05μｍ、(Alx2Ga1-x2)y2In
1-y2N から成り、シリコン(Si)と亜鉛(Zn)が、それぞ
れ、1 ×1018/cm3に添加された活性層５，膜厚約1.0 μ
ｍ、ホール濃度5 ×1017/cm3のマグネシウム（Mg) ドー
プの(Alx3Ga1-x3)y3In1-y3Nから成るｐ層６，膜厚約0.2
μｍ、ホール濃度7 ×1017/cm3のマグネシウム（Mg)
ドープのGaN から成るコンタクト層７が形成されてい
る。更に、コンタクト層７に接続する金属電極８とｎ+
層３に接続する金属電極９が形成されている。そしてサ
ファイア基板の裏面には、基板に近い方から順に、0.05
μｍのAlN の裏面バッファ層１２、膜厚約4.3 μｍのGa
N からなる裏面GaN 層１３と膜厚約0.15μｍのSiO2層１
４が形成されている。
【００１４】尚、素子層はバッファ層２、ｎ+ 層３、ｎ
層４、活性層５、ｐ層６、コンタクト層７で構成されて
おり、裏面層は裏面バッファ層１２および裏面GaN 層１
３およびSiO2層１４で構成されている。
層４、活性層５、ｐ層６、コンタクト層７で構成されて
おり、裏面層は裏面バッファ層１２および裏面GaN 層１
３およびSiO2層１４で構成されている。
【００１５】次に、この構造の半導体素子の製造方法に
ついて説明する。上記発光ダイオード１０は、有機金属
気相成長法（以下ＭＯＶＰＥ）による気相成長により製
造された。用いられたガスは、アンモニア(NH3) 、キャ
リアガス（H2）、トリメチルガリウム(Ga(CH3)3)（以下
「TMG 」と記す) 、トリメチルアルミニウム(Al(CH3)3)
（以下「TMA 」と記す) 、トリメチルインジウム(In(CH
3)3)（以下「TMI 」と記す) 、シラン(SiH4)、ジエチル
亜鉛(Zn(C2H5)2)(以下、「DEZ 」と記す) とシクロペン
タジエニルマグネシウム(Mg(C5H5)2)(以下「CP2Mg 」と
記す）である。
ついて説明する。上記発光ダイオード１０は、有機金属
気相成長法（以下ＭＯＶＰＥ）による気相成長により製
造された。用いられたガスは、アンモニア(NH3) 、キャ
リアガス（H2）、トリメチルガリウム(Ga(CH3)3)（以下
「TMG 」と記す) 、トリメチルアルミニウム(Al(CH3)3)
（以下「TMA 」と記す) 、トリメチルインジウム(In(CH
3)3)（以下「TMI 」と記す) 、シラン(SiH4)、ジエチル
亜鉛(Zn(C2H5)2)(以下、「DEZ 」と記す) とシクロペン
タジエニルマグネシウム(Mg(C5H5)2)(以下「CP2Mg 」と
記す）である。
【００１６】まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した
ａ面を主面とし、表裏両面が鏡面仕上げされた厚さ３０
〜３００μｍの単結晶のサファイア基板１をM0VPE 装置
の反応室に載置されたサセプタに、裏面を上にして装着
する。次に、常圧でH2を流速2 liter/分で約30分間反応
室に流しながら温度1100℃でサファイア基板１をベーキ
ングした。
ａ面を主面とし、表裏両面が鏡面仕上げされた厚さ３０
〜３００μｍの単結晶のサファイア基板１をM0VPE 装置
の反応室に載置されたサセプタに、裏面を上にして装着
する。次に、常圧でH2を流速2 liter/分で約30分間反応
室に流しながら温度1100℃でサファイア基板１をベーキ
ングした。
【００１７】次に、温度を 400℃まで低下させて、H2を
20 liter／分、NH3 を10 liter／分、TMA を 1.8×10-5
モル／分で約90秒間供給してAlN の裏面バッファ層１２
を約0.05μｍの厚さに形成した。次に、サファイア基板
１の温度を1150℃に保持し、H2を20 liter／分、NH3 を
10 liter／分、TMG を 1.7×10-4モル／分で約7 分間導
入し、膜厚約4.3 μｍの裏面GaN 層１３を形成した。次
に裏面GaN 層１３の上にプラズマＣＶＤ法によりSiO2層
１４を0.15μｍの厚さに形成し、図２に示すような構造
を得た。
20 liter／分、NH3 を10 liter／分、TMA を 1.8×10-5
モル／分で約90秒間供給してAlN の裏面バッファ層１２
を約0.05μｍの厚さに形成した。次に、サファイア基板
１の温度を1150℃に保持し、H2を20 liter／分、NH3 を
10 liter／分、TMG を 1.7×10-4モル／分で約7 分間導
入し、膜厚約4.3 μｍの裏面GaN 層１３を形成した。次
に裏面GaN 層１３の上にプラズマＣＶＤ法によりSiO2層
１４を0.15μｍの厚さに形成し、図２に示すような構造
を得た。
【００１８】次に、上記試料を再度M0VPE 装置の反応室
に載置されたサセプタに、今度は表面を上にして装着し
た。続いて、常圧でH2を流速2 liter/分で約30分間反応
室に流しながら温度1100℃でサファイア基板１をベーキ
ングした。次に、温度を400 °C まで低下させて、H2を
20 liter／分、NH3 を10 liter／分、TMA を 1.8×10-5
モル／分で約90秒間供給してAlN のバッファ層２が約0.
05μｍの厚さに形成された。次に、サファイア基板１の
温度を1150℃に保持し、H2を20 liter／分、NH3 を10 l
iter／分、TMG を 1.7×10-4モル／分、H2ガスにより0.
86ppm に希釈されたシランを20×10-8モル／分で40分導
入し、膜厚約2.5 μｍ、電子濃度2 ×1018/cm3のシリコ
ン(Si)ドープGaN から成る高キャリア濃度ｎ+ 層３を形
成した。
に載置されたサセプタに、今度は表面を上にして装着し
た。続いて、常圧でH2を流速2 liter/分で約30分間反応
室に流しながら温度1100℃でサファイア基板１をベーキ
ングした。次に、温度を400 °C まで低下させて、H2を
20 liter／分、NH3 を10 liter／分、TMA を 1.8×10-5
モル／分で約90秒間供給してAlN のバッファ層２が約0.
05μｍの厚さに形成された。次に、サファイア基板１の
温度を1150℃に保持し、H2を20 liter／分、NH3 を10 l
iter／分、TMG を 1.7×10-4モル／分、H2ガスにより0.
86ppm に希釈されたシランを20×10-8モル／分で40分導
入し、膜厚約2.5 μｍ、電子濃度2 ×1018/cm3のシリコ
ン(Si)ドープGaN から成る高キャリア濃度ｎ+ 層３を形
成した。
【００１９】上記の高キャリア濃度ｎ+ 層３を形成した
後、続いて温度を1150°C に保持し、N2又はH2を10 lit
er／分、NH3 を10 liter／分、TMG を1.12×10-4モル／
分、H2ガスのより0.86ppm に希釈されたシランを 1×10
-8モル／分で 7分導入し、膜厚約0.5 μｍ、濃度5 ×10
17/cm3のシリコンドープのGaN から成るｎ層４を形成し
た。
後、続いて温度を1150°C に保持し、N2又はH2を10 lit
er／分、NH3 を10 liter／分、TMG を1.12×10-4モル／
分、H2ガスのより0.86ppm に希釈されたシランを 1×10
-8モル／分で 7分導入し、膜厚約0.5 μｍ、濃度5 ×10
17/cm3のシリコンドープのGaN から成るｎ層４を形成し
た。
【００２０】続いて、温度を850 ℃に保持し、N2又はH2
を20 liter／分、NH3 を10 liter／分、TMG を1.53×10
-4モル／分、TMI を0.02×10-4モル／分、H2で0.86ppm
に希釈されたシランを10×10-8モル/ 分、DEZ を2 ×10
-4モル／分で 7分間導入し、膜厚約0.05μｍのIn0.08Ga
0.92N から成る活性層５を形成した。この活性層５のS
i、Zn濃度は1 ×1018/cm3であり、キャリ濃度は1 ×10
18/cm3である。
を20 liter／分、NH3 を10 liter／分、TMG を1.53×10
-4モル／分、TMI を0.02×10-4モル／分、H2で0.86ppm
に希釈されたシランを10×10-8モル/ 分、DEZ を2 ×10
-4モル／分で 7分間導入し、膜厚約0.05μｍのIn0.08Ga
0.92N から成る活性層５を形成した。この活性層５のS
i、Zn濃度は1 ×1018/cm3であり、キャリ濃度は1 ×10
18/cm3である。
【００２１】続いて、温度を1100℃に保持し、N2又はH2
を20 liter／分、NH3 を10 liter／分、TMG を1.12×10
-4モル／分、TMA を0.47×10-4モル／分、及び、CP2Mg
を2×10-4モル／分で60分間導入し、膜厚約1.0 μｍの
マグネシウム(Mg)ドープのAl 0.08Ga0.92N から成るｐ層
６を形成した。ｐ層６のマグネシウム濃度は1 ×1020/c
m3である。この状態では、ｐ層６は、まだ、抵抗率108
Ωcm以上の絶縁体である。次に、温度を1100℃に保持
し、N2又はH2を20 liter／分、NH3 を10 liter／分、TM
G を1.12×10-4モル／分、及び、CP2Mg を2 ×10-4モル
／分で 4分間導入し、膜厚約0.2 μｍのマグネシウム(M
g)ドープのGaN から成るコンタクト層７を形成した。コ
ンタクト層７のマグネシウム濃度は2 ×1020/cm3であ
る。この状態では、コンタクト層７は、まだ、抵抗率10
8 Ωcm以上の絶縁体である。
を20 liter／分、NH3 を10 liter／分、TMG を1.12×10
-4モル／分、TMA を0.47×10-4モル／分、及び、CP2Mg
を2×10-4モル／分で60分間導入し、膜厚約1.0 μｍの
マグネシウム(Mg)ドープのAl 0.08Ga0.92N から成るｐ層
６を形成した。ｐ層６のマグネシウム濃度は1 ×1020/c
m3である。この状態では、ｐ層６は、まだ、抵抗率108
Ωcm以上の絶縁体である。次に、温度を1100℃に保持
し、N2又はH2を20 liter／分、NH3 を10 liter／分、TM
G を1.12×10-4モル／分、及び、CP2Mg を2 ×10-4モル
／分で 4分間導入し、膜厚約0.2 μｍのマグネシウム(M
g)ドープのGaN から成るコンタクト層７を形成した。コ
ンタクト層７のマグネシウム濃度は2 ×1020/cm3であ
る。この状態では、コンタクト層７は、まだ、抵抗率10
8 Ωcm以上の絶縁体である。
【００２２】次に、電子線照射装置を用いて、コンタク
ト層７及びｐ層６に一様に電子線を照射した。電子線の
照射条件は、加速電圧約10KV、資料電流１μＡ、ビーム
の移動速度0.2mm/sec 、ビーム径60μｍφ、真空度5.0
×10-5Torrである。この電子線の照射により、コンタク
ト層７及びｐ層６は、それぞれ、ホール濃度 7×1017/c
m3,5×1017/cm3、抵抗率 2Ωcm, 0.8 Ωcmのｐ伝導型半
導体となった。このようにして、図３に示すような多層
構造のウエハが得られた。
ト層７及びｐ層６に一様に電子線を照射した。電子線の
照射条件は、加速電圧約10KV、資料電流１μＡ、ビーム
の移動速度0.2mm/sec 、ビーム径60μｍφ、真空度5.0
×10-5Torrである。この電子線の照射により、コンタク
ト層７及びｐ層６は、それぞれ、ホール濃度 7×1017/c
m3,5×1017/cm3、抵抗率 2Ωcm, 0.8 Ωcmのｐ伝導型半
導体となった。このようにして、図３に示すような多層
構造のウエハが得られた。
【００２３】続いて図４に示すように、電極９の形成の
ために、その部分に該当するコンタクト層７、ｐ層６、
活性層５、ｎ層４の一部分を、エッチングにより除去し
た。次に、試料の上全面に、一様にニッケル(Ni)を蒸着
し、フォトレジストの塗布、フォトリソグラフィー工
程、エッチング工程を経て、コンタクト層７及びｎ+ 層
３の電極８，９をそれぞれ形成した。その後、上記のご
とく処理されたウエハは、各素子毎に切断され、図１に
示す構造の発光ダイオードを得た。この発光ダイオード
１０は駆動電流20ｍＡで発光ピーク波長430 ｎｍ、発光
強度1000mcd であった。
ために、その部分に該当するコンタクト層７、ｐ層６、
活性層５、ｎ層４の一部分を、エッチングにより除去し
た。次に、試料の上全面に、一様にニッケル(Ni)を蒸着
し、フォトレジストの塗布、フォトリソグラフィー工
程、エッチング工程を経て、コンタクト層７及びｎ+ 層
３の電極８，９をそれぞれ形成した。その後、上記のご
とく処理されたウエハは、各素子毎に切断され、図１に
示す構造の発光ダイオードを得た。この発光ダイオード
１０は駆動電流20ｍＡで発光ピーク波長430 ｎｍ、発光
強度1000mcd であった。
【００２４】次に裏面層を形成した場合と形成しない場
合の、試料の反りの測定結果について説明する。図６は
裏面層を形成しない場合、図７は裏面層を形成した場合
の試料の反りを示している。裏面層を形成しない場合は
試料が大きく反っていることが分かる。このような反り
は熱応力、特に素子層と基板との界面での応力を増大さ
せ、結晶欠陥やクラックが発生しやすく、素子特性に悪
影響を及ぼす。図７に示すように、裏面層を形成するこ
とでこのような反りはほとんどなくなり、結晶欠陥やク
ラックの発生を抑えることができる。
合の、試料の反りの測定結果について説明する。図６は
裏面層を形成しない場合、図７は裏面層を形成した場合
の試料の反りを示している。裏面層を形成しない場合は
試料が大きく反っていることが分かる。このような反り
は熱応力、特に素子層と基板との界面での応力を増大さ
せ、結晶欠陥やクラックが発生しやすく、素子特性に悪
影響を及ぼす。図７に示すように、裏面層を形成するこ
とでこのような反りはほとんどなくなり、結晶欠陥やク
ラックの発生を抑えることができる。
【００２５】尚、本実施例では、活性層５には単層を用
いたが、代わりに単一量子井戸構造あるいは多重量子井
戸構造を用いても良い。また裏面層にはGaN を用いた
が、AlGaInN 、GaAsやSi、ZnO 等の半導体、更に、SiO2
やSi3N4 等の絶縁体を用いても良い。
いたが、代わりに単一量子井戸構造あるいは多重量子井
戸構造を用いても良い。また裏面層にはGaN を用いた
が、AlGaInN 、GaAsやSi、ZnO 等の半導体、更に、SiO2
やSi3N4 等の絶縁体を用いても良い。
【００２６】更に、基板としてはサファイアや炭化珪素
を好ましく用いることができるが、ZnO やMgAl2O4 も用
いることができる。また、基板の厚さは３０〜３００μ
ｍが望ましい。３００μｍより厚いと各素子の切断がし
にくく、３０μｍより薄いと機械的強度が小さく取扱が
困難である。上記実施例は発光ダイオードについて説明
したが、レーザダイオード、光電気変換素子、ＦＥＴや
その他の半導体素子にも応用できる。
を好ましく用いることができるが、ZnO やMgAl2O4 も用
いることができる。また、基板の厚さは３０〜３００μ
ｍが望ましい。３００μｍより厚いと各素子の切断がし
にくく、３０μｍより薄いと機械的強度が小さく取扱が
困難である。上記実施例は発光ダイオードについて説明
したが、レーザダイオード、光電気変換素子、ＦＥＴや
その他の半導体素子にも応用できる。
【図１】本発明の具体的な実施例に係る発光ダイオード
の構成を示した構成図。
の構成を示した構成図。
【図２】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
断面図。
【図３】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
断面図。
【図４】同実施例の発光ダイオードの製造工程を示した
断面図。
断面図。
【図５】従来の発光ダイオードの構成を示した構成図。
【図６】裏面層を形成しない場合の試料の反りを測定し
た測定図。
た測定図。
【図７】裏面層を形成した場合の試料の反りを測定した
測定図。
測定図。
１０…発光ダイオード １…サファイア基板 ２…バッファ層 ３…高キャリア濃度ｎ+ ＧａＮ層 ４…ＧａＮ層 ５…活性層 ６…ｐ層 ７…コンタクト層 ８，９…金属電極 １２…裏面バッファ層 １３…裏面ＧａＮ層 １４…ＳｉＯ2 層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永井 誠二 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 小澤 隆弘 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内
Claims (5)
- 【請求項１】 半導体または絶縁体からなる基板と、そ
の上に形成された少なくとも１層の３族窒化物半導体(A
lxGaYIn1-X-YN;０≦X ≦１，０≦Y ≦１, ０≦X+Y ≦
１) から成る素子層と、前記基板において前記素子層が
形成されている面と反対側の面に形成された少なくとも
１層の半導体または絶縁体からなる裏面層を有すること
を特徴とする半導体素子。 - 【請求項２】 前記素子層が３族窒化物半導体(AlxGaYI
n1-X-YN;０≦X ≦１，０≦Y ≦１, ０≦X+Y ≦１) から
成る発光素子を有することを特徴とする請求項１に記載
の半導体素子。 - 【請求項３】 前記裏面層が３族窒化物半導体(AlxGaYI
n1-X-YN;０≦X ≦１，０≦Y ≦１, ０≦X+Y ≦１) から
成る層を有することを特徴とする請求項１に記載の半導
体素子。 - 【請求項４】 前記基板がサファイアもしくは炭化珪素
であることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子。 - 【請求項５】 前記基板の厚さが３０〜３００μｍであ
ることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15027196A JP3620923B2 (ja) | 1996-05-21 | 1996-05-21 | ３族窒化物半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15027196A JP3620923B2 (ja) | 1996-05-21 | 1996-05-21 | ３族窒化物半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09312418A true JPH09312418A (ja) | 1997-12-02 |
| JP3620923B2 JP3620923B2 (ja) | 2005-02-16 |
Family
ID=15493309
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15027196A Expired - Fee Related JP3620923B2 (ja) | 1996-05-21 | 1996-05-21 | ３族窒化物半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3620923B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005116710A (ja) * | 2003-10-06 | 2005-04-28 | Dowa Mining Co Ltd | 発光ダイオードおよびその製造方法 |
| US6940098B1 (en) * | 1999-03-17 | 2005-09-06 | Mitsubishi Cable Industries, Ltd. | Semiconductor base and its manufacturing method, and semiconductor crystal manufacturing method |
| WO2010095188A1 (ja) * | 2009-02-18 | 2010-08-26 | パナソニック株式会社 | トランジスタ及びトランジスタ制御システム |
| JP2017183730A (ja) * | 2017-04-25 | 2017-10-05 | 住友電気工業株式会社 | 炭化珪素半導体基板およびその製造方法、ならびに炭化珪素半導体装置の製造方法 |
| JP2018121028A (ja) * | 2017-01-27 | 2018-08-02 | 日機装株式会社 | 半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法 |
-
1996
- 1996-05-21 JP JP15027196A patent/JP3620923B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6940098B1 (en) * | 1999-03-17 | 2005-09-06 | Mitsubishi Cable Industries, Ltd. | Semiconductor base and its manufacturing method, and semiconductor crystal manufacturing method |
| US7115486B2 (en) | 1999-03-17 | 2006-10-03 | Mitsubishi Cable Industries Ltd. | Semiconductor base and its manufacturing method, and semiconductor crystal manufacturing method |
| US7504324B2 (en) | 1999-03-17 | 2009-03-17 | Mitsubishi Chemical Corporation | Semiconductor base and its manufacturing method, and semiconductor crystal manufacturing method |
| US7589001B2 (en) | 1999-03-17 | 2009-09-15 | Mitsubishi Chemical Corporation | Semiconductor base and its manufacturing method, and semiconductor crystal manufacturing method |
| JP2005116710A (ja) * | 2003-10-06 | 2005-04-28 | Dowa Mining Co Ltd | 発光ダイオードおよびその製造方法 |
| WO2010095188A1 (ja) * | 2009-02-18 | 2010-08-26 | パナソニック株式会社 | トランジスタ及びトランジスタ制御システム |
| JP2018121028A (ja) * | 2017-01-27 | 2018-08-02 | 日機装株式会社 | 半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法 |
| JP2017183730A (ja) * | 2017-04-25 | 2017-10-05 | 住友電気工業株式会社 | 炭化珪素半導体基板およびその製造方法、ならびに炭化珪素半導体装置の製造方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3620923B2 (ja) | 2005-02-16 |
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