JPH10303458A - 窒化ガリウム系化合物半導体素子 - Google Patents
窒化ガリウム系化合物半導体素子Info
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- JPH10303458A JPH10303458A JP12351497A JP12351497A JPH10303458A JP H10303458 A JPH10303458 A JP H10303458A JP 12351497 A JP12351497 A JP 12351497A JP 12351497 A JP12351497 A JP 12351497A JP H10303458 A JPH10303458 A JP H10303458A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】GaN 系化合物半導体素子の長波長化及び高出力
化を実現すること。 【解決手段】サファイア基板10の上には,AlNから成るバ
ッファ層11,In0.20Ga0.80Nから成る熱膨張緩和層12,Si
ドープのGaNから成る高キャリア濃度n+層13,Al0.15Ga
0.85Nから成る歪み層14,GaNから成るバリア層151とIn
0.20Ga0.80Nから成る井戸層152とが交互に積層された多
重量子井戸構造の発光層15,p型Al0.15Ga0.85Nから成る
クラッド層16,p型GaNから成るコンタクト層17,及びCoと
Auとから成る透光性の電極18A が順次積層されている。
エッチングにより露出したn+層13上にはVとAlとから成
る電極18B が形成されている。発光層15と異なる格子定
数を有する歪み層14が発光層15の下側に設けられること
により, 格子定数差による歪みが発光層15に付与され,
発光波長が長波長化する。又,熱膨張緩和層12を設ける
ことにより基板10の熱膨張による影響を除去でき, 高出
力化できる。
化を実現すること。 【解決手段】サファイア基板10の上には,AlNから成るバ
ッファ層11,In0.20Ga0.80Nから成る熱膨張緩和層12,Si
ドープのGaNから成る高キャリア濃度n+層13,Al0.15Ga
0.85Nから成る歪み層14,GaNから成るバリア層151とIn
0.20Ga0.80Nから成る井戸層152とが交互に積層された多
重量子井戸構造の発光層15,p型Al0.15Ga0.85Nから成る
クラッド層16,p型GaNから成るコンタクト層17,及びCoと
Auとから成る透光性の電極18A が順次積層されている。
エッチングにより露出したn+層13上にはVとAlとから成
る電極18B が形成されている。発光層15と異なる格子定
数を有する歪み層14が発光層15の下側に設けられること
により, 格子定数差による歪みが発光層15に付与され,
発光波長が長波長化する。又,熱膨張緩和層12を設ける
ことにより基板10の熱膨張による影響を除去でき, 高出
力化できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、長波長化が可能な
窒化ガリウム系化合物半導体素子に関する。
窒化ガリウム系化合物半導体素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化ガリウム(GaN) 系化合物半導体は、
紫外線領域から赤色領域の発光波長が得られる素子とし
て期待されている。従来、GaN 系化合物半導体において
は、通常基板としてサファイアを用いているが、サファ
イアとGaN 系化合物半導体との熱膨張係数の差異により
半導体層に歪みが生じ、光学的特性に悪影響を与えてい
た。このために、例えばサファイア基板上にバッファ
層、AlGaInN から成る発光層を形成した素子において、
組成の異なる層を順次積層し、発光層の格子欠陥を低減
し、素子特性を向上させたものが知られている（特開平
８−７０１３９号公報）。
紫外線領域から赤色領域の発光波長が得られる素子とし
て期待されている。従来、GaN 系化合物半導体において
は、通常基板としてサファイアを用いているが、サファ
イアとGaN 系化合物半導体との熱膨張係数の差異により
半導体層に歪みが生じ、光学的特性に悪影響を与えてい
た。このために、例えばサファイア基板上にバッファ
層、AlGaInN から成る発光層を形成した素子において、
組成の異なる層を順次積層し、発光層の格子欠陥を低減
し、素子特性を向上させたものが知られている（特開平
８−７０１３９号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術では発光波長を長波長化するためには発光層にお
けるInの組成比を増大させることになるが、このIn組成
比の増加により結晶性が劣化し、発光強度が大幅に低減
するという問題がある。
来技術では発光波長を長波長化するためには発光層にお
けるInの組成比を増大させることになるが、このIn組成
比の増加により結晶性が劣化し、発光強度が大幅に低減
するという問題がある。
【０００４】従って、本発明の目的は、上記課題に鑑
み、GaN 系化合物半導体素子の長波長化及び高出力化を
実現することである。
み、GaN 系化合物半導体素子の長波長化及び高出力化を
実現することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項１に記載の手段によれば、GaN 系化合物半
導体素子において、活性層と異なる格子定数を有した第
１の半導体層が活性層の基板側に設けられることによ
り、活性層と第１の半導体層との格子定数差により活性
層に対して歪みが付与されるので、半導体層の組成比を
変化させずに長波長化が可能になる。又、基板の熱膨張
による活性層への歪みの影響を緩和する第２の半導体層
が第１の半導体層に対して基板側に設けられることによ
り、基板の熱膨張による影響を除去できるので、高出力
化が可能となる。
めに、請求項１に記載の手段によれば、GaN 系化合物半
導体素子において、活性層と異なる格子定数を有した第
１の半導体層が活性層の基板側に設けられることによ
り、活性層と第１の半導体層との格子定数差により活性
層に対して歪みが付与されるので、半導体層の組成比を
変化させずに長波長化が可能になる。又、基板の熱膨張
による活性層への歪みの影響を緩和する第２の半導体層
が第１の半導体層に対して基板側に設けられることによ
り、基板の熱膨張による影響を除去できるので、高出力
化が可能となる。
【０００６】又、請求項２に記載の手段によると、第１
の半導体層をAlXGa1-XN(0＜X≦1)で構成することによ
り、活性層に対して効果的に歪みを付与でき、第２の半
導体層をInYGa1-YN(0＜Y≦1)で構成することにより、基
板の熱膨張による影響を効果的に除去できる。
の半導体層をAlXGa1-XN(0＜X≦1)で構成することによ
り、活性層に対して効果的に歪みを付与でき、第２の半
導体層をInYGa1-YN(0＜Y≦1)で構成することにより、基
板の熱膨張による影響を効果的に除去できる。
【０００７】
【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。図１は、サファイア基板１０上に形
成されたGaN 系化合物半導体で形成された発光素子１０
０の模式的な断面構成図である。基板１０の上には窒化
アルミニウム(AlN) から成る膜厚約25nmのバッファ層１
１が設けられ、その上にIn0.20Ga0.80N から成る膜厚約
200nm の熱膨張緩和層（第２の半導体層）１２が形成さ
れている。熱膨張緩和層１２の上にはシリコン(Si)ドー
プのGaN から成る膜厚約4.0μｍの高キャリア濃度ｎ+
層１３が形成されている。この高キャリア濃度ｎ+ 層１
３の上にAl0.15Ga0.85N から成る膜厚約40nmの歪み層
（第１の半導体層）１４が形成されている。
基づいて説明する。図１は、サファイア基板１０上に形
成されたGaN 系化合物半導体で形成された発光素子１０
０の模式的な断面構成図である。基板１０の上には窒化
アルミニウム(AlN) から成る膜厚約25nmのバッファ層１
１が設けられ、その上にIn0.20Ga0.80N から成る膜厚約
200nm の熱膨張緩和層（第２の半導体層）１２が形成さ
れている。熱膨張緩和層１２の上にはシリコン(Si)ドー
プのGaN から成る膜厚約4.0μｍの高キャリア濃度ｎ+
層１３が形成されている。この高キャリア濃度ｎ+ 層１
３の上にAl0.15Ga0.85N から成る膜厚約40nmの歪み層
（第１の半導体層）１４が形成されている。
【０００８】そして、歪み層１４の上に膜厚約35ÅのGa
N から成るバリア層１５１と膜厚約35ÅのIn0.20Ga0.80
N から成る井戸層１５２とが交互に積層された多重量子
井戸構造（ＭＱＷ）の発光層（活性層）１５が形成され
ている。バリア層１５１は６層、井戸層１５２は５層で
ある。発光層１５の上にはｐ型Al0.15Ga0.85N から成る
膜厚約50nmのクラッド層１６が形成されている。さら
に、クラッド層１６の上にはｐ型GaN から成る膜厚約10
0nm のコンタクト層１７が形成されている。
N から成るバリア層１５１と膜厚約35ÅのIn0.20Ga0.80
N から成る井戸層１５２とが交互に積層された多重量子
井戸構造（ＭＱＷ）の発光層（活性層）１５が形成され
ている。バリア層１５１は６層、井戸層１５２は５層で
ある。発光層１５の上にはｐ型Al0.15Ga0.85N から成る
膜厚約50nmのクラッド層１６が形成されている。さら
に、クラッド層１６の上にはｐ型GaN から成る膜厚約10
0nm のコンタクト層１７が形成されている。
【０００９】又、コンタクト層１７の上には金属蒸着に
よる透光性の電極１８Ａが、ｎ+ 層１３上には電極１８
Ｂが形成されている。透光性の電極１８Ａは、コンタク
ト層１７に接合する膜厚約40Åのコバルト(Co)と、この
Coに接合する膜厚約60Åの金(Au)とで構成されている。
電極１８Ｂは膜厚約200 Åのバナジウム(V) と膜厚約1.
8 μｍのアルミニウム(Al)又はAl合金で構成されてい
る。
よる透光性の電極１８Ａが、ｎ+ 層１３上には電極１８
Ｂが形成されている。透光性の電極１８Ａは、コンタク
ト層１７に接合する膜厚約40Åのコバルト(Co)と、この
Coに接合する膜厚約60Åの金(Au)とで構成されている。
電極１８Ｂは膜厚約200 Åのバナジウム(V) と膜厚約1.
8 μｍのアルミニウム(Al)又はAl合金で構成されてい
る。
【００１０】次に、この発光素子１００の製造方法につ
いて説明する。上記発光素子１００は、有機金属気相成
長法（以下「ＭＯＶＰＥ」と略す）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,N2) 、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(CH3)3)（以下「TMI 」と記す）、シラン(SiH4)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。
いて説明する。上記発光素子１００は、有機金属気相成
長法（以下「ＭＯＶＰＥ」と略す）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,N2) 、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(CH3)3)（以下「TMI 」と記す）、シラン(SiH4)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。
【００１１】まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した
ａ面を主面とした単結晶の基板１０をＭＯＶＰＥ装置の
反応室に載置されたサセプタに装着する。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℃で基板１０をベーキングした。
ａ面を主面とした単結晶の基板１０をＭＯＶＰＥ装置の
反応室に載置されたサセプタに装着する。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℃で基板１０をベーキングした。
【００１２】次に、温度を400 ℃まで低下させて、H2を
20liter/分、NH3 を10liter/分、TMA を1.8 ×10-5モル
／分で供給してAlN から成るバッファ層１１を約25nmの
膜厚に形成した。バッファ層１１の形成後、温度を600
℃まで上昇させ、N2又はH2、NH3 の供給量を一定とし
て、TMG を7.2 ×10-5モル／分、TMI を0.19×10-4モル
／分で供給して、膜厚約2000ÅのIn0.20Ga0.80N から成
る熱膨張緩和層１２を形成した。次に、基板１０の温度
を1150℃に保持し、H2を20liter/分、NH3 を10liter/
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／分で供給し、膜厚
約4.0 μｍ、電子濃度2 ×1018/cm3、Si濃度4 ×1018/c
m3のGaN から成る高キャリア濃度ｎ+ 層１３を形成し
た。次に、基板１０の温度を1100℃に保持し、N2又はH2
を10liter/分、NH3 を10liter/分、TMG を1.0 ×10-4モ
ル／分、TMA を1.0 ×10-4モル／分で供給して、膜厚約
40nmのAl0.15Ga0.85N から成る歪み層１４を形成した。
20liter/分、NH3 を10liter/分、TMA を1.8 ×10-5モル
／分で供給してAlN から成るバッファ層１１を約25nmの
膜厚に形成した。バッファ層１１の形成後、温度を600
℃まで上昇させ、N2又はH2、NH3 の供給量を一定とし
て、TMG を7.2 ×10-5モル／分、TMI を0.19×10-4モル
／分で供給して、膜厚約2000ÅのIn0.20Ga0.80N から成
る熱膨張緩和層１２を形成した。次に、基板１０の温度
を1150℃に保持し、H2を20liter/分、NH3 を10liter/
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／分で供給し、膜厚
約4.0 μｍ、電子濃度2 ×1018/cm3、Si濃度4 ×1018/c
m3のGaN から成る高キャリア濃度ｎ+ 層１３を形成し
た。次に、基板１０の温度を1100℃に保持し、N2又はH2
を10liter/分、NH3 を10liter/分、TMG を1.0 ×10-4モ
ル／分、TMA を1.0 ×10-4モル／分で供給して、膜厚約
40nmのAl0.15Ga0.85N から成る歪み層１４を形成した。
【００１３】上記の歪み層１４を形成した後、続いて、
N2又はH2を20liter/分、NH3 を10liter/分、TMG を2.0
×10-4モル／分で供給して、膜厚約35ÅのGaN から成る
バリア層１５１を形成した。次に、N2又はH2、NH3 の供
給量を一定として、TMG を7.2 ×10-5モル／分、TMI を
0.19×10-4モル／分で供給して、膜厚約35ÅのIn0.20Ga
0.80N から成る井戸層１５２を形成した。さらに、バリ
ア層１５１と井戸層１５２を同一条件で５周期形成し、
その上にGaN から成るバリア層１５１を形成した。この
ようにして５周期のＭＱＷ構造の発光層１５を形成し
た。
N2又はH2を20liter/分、NH3 を10liter/分、TMG を2.0
×10-4モル／分で供給して、膜厚約35ÅのGaN から成る
バリア層１５１を形成した。次に、N2又はH2、NH3 の供
給量を一定として、TMG を7.2 ×10-5モル／分、TMI を
0.19×10-4モル／分で供給して、膜厚約35ÅのIn0.20Ga
0.80N から成る井戸層１５２を形成した。さらに、バリ
ア層１５１と井戸層１５２を同一条件で５周期形成し、
その上にGaN から成るバリア層１５１を形成した。この
ようにして５周期のＭＱＷ構造の発光層１５を形成し
た。
【００１４】次に、基板１０の温度を1100℃に保持し、
N2又はH2を10liter/分、NH3 を10liter/分、TMG を1.0
×10-4モル／分、TMA を1.0 ×10-4モル／分、CP2Mg を
2 ×10-5モル／分で供給して、膜厚約50nm、濃度5 ×10
19/cm3のマグネシウム(Mg)をドープしたｐ型Al0.15Ga
0.85N から成るクラッド層１６を形成した。
N2又はH2を10liter/分、NH3 を10liter/分、TMG を1.0
×10-4モル／分、TMA を1.0 ×10-4モル／分、CP2Mg を
2 ×10-5モル／分で供給して、膜厚約50nm、濃度5 ×10
19/cm3のマグネシウム(Mg)をドープしたｐ型Al0.15Ga
0.85N から成るクラッド層１６を形成した。
【００１５】次に、基板１０の温度を1100℃に保持し、
N2又はH2を20liter/分、NH3 を10liter/分、TMG を1.12
×10-4モル／分、CP2Mg を2 ×10-5モル／分で供給し
て、膜厚約100nm 、濃度5 ×1019/cm3のMgをドープした
ｐ型GaN から成るコンタクト層１７を形成した。
N2又はH2を20liter/分、NH3 を10liter/分、TMG を1.12
×10-4モル／分、CP2Mg を2 ×10-5モル／分で供給し
て、膜厚約100nm 、濃度5 ×1019/cm3のMgをドープした
ｐ型GaN から成るコンタクト層１７を形成した。
【００１６】次に、コンタクト層１７の上にエッチング
マスクを形成し、所定領域のエッチングマスクを除去し
て、エッチングマスクで覆われていない部分のコンタク
ト層１７、クラッド層１６、発光層１５、歪み層１４、
ｎ+ 層１３の一部を塩素を含むガスによる反応性イオン
エッチングによりエッチングして、ｎ+ 層１３の表面を
露出させた。
マスクを形成し、所定領域のエッチングマスクを除去し
て、エッチングマスクで覆われていない部分のコンタク
ト層１７、クラッド層１６、発光層１５、歪み層１４、
ｎ+ 層１３の一部を塩素を含むガスによる反応性イオン
エッチングによりエッチングして、ｎ+ 層１３の表面を
露出させた。
【００１７】次に、エッチングマスクを残した状態で、
全面にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィに
よりｎ+ 層１３の露出面上の所定領域に窓を形成し、10
-6Torrオーダ以下の高真空に排気した後、膜厚約200 Å
のバナジウム(V) と膜厚約1.8 μｍのAlを蒸着する。こ
の後、フォトレジスト及びエッチングマスクを除去する
ことにより、ｎ+ 層１３の露出面上に電極１８Ｂが形成
される。
全面にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィに
よりｎ+ 層１３の露出面上の所定領域に窓を形成し、10
-6Torrオーダ以下の高真空に排気した後、膜厚約200 Å
のバナジウム(V) と膜厚約1.8 μｍのAlを蒸着する。こ
の後、フォトレジスト及びエッチングマスクを除去する
ことにより、ｎ+ 層１３の露出面上に電極１８Ｂが形成
される。
【００１８】続いて、表面上にフォトレジストを塗布
し、フォトリソグラフによりコンタクト層１７上の電極
形成部分のフィトレジストを除去して窓を形成し、コン
タクト層１７を露出させる。露出させたコンタクト層１
７の上に、10-6Torrオーダ以下の高真空に排気した後、
Coを膜厚約40Åに成膜し、このCo上にAuを膜厚約60Åに
成膜する。次に、試料を蒸着装置から取り出し、リフト
オフ法によりフォトレジスト上に堆積したCoとAuとを除
去し、コンタクト層１７に対する透光性の電極１８Ａを
形成する。
し、フォトリソグラフによりコンタクト層１７上の電極
形成部分のフィトレジストを除去して窓を形成し、コン
タクト層１７を露出させる。露出させたコンタクト層１
７の上に、10-6Torrオーダ以下の高真空に排気した後、
Coを膜厚約40Åに成膜し、このCo上にAuを膜厚約60Åに
成膜する。次に、試料を蒸着装置から取り出し、リフト
オフ法によりフォトレジスト上に堆積したCoとAuとを除
去し、コンタクト層１７に対する透光性の電極１８Ａを
形成する。
【００１９】次に、電極１８Ａ上の一部にボンディング
用の電極パッド２０を形成するために、フォトレジスト
を一様に塗布して、その電極パッド２０の形成部分のフ
ォトレジストに窓を形成する。次に、CoとAu、Al、又
は、それらの合金を膜厚1.5 μｍ程度に、蒸着により成
膜させ、リフトオフ法により、フォトレジスト上に蒸着
により堆積したCoとAu、Al、又はそれらの合金から成る
膜を除去して、電極パッド２０を形成する。その後、試
料雰囲気を真空ポンプで排気し、O2ガスを供給して圧力
３Paとし、その状態で雰囲気温度を約550 ℃にして、３
分程度、加熱し、コンタクト層１７、クラッド層１６を
ｐ型低抵抗化すると共にコンタクト層１７と電極１８Ａ
との合金化処理、ｎ+ 層１３と電極１８Ｂとの合金化処
理を行った。このようにして、ｎ+ 層１３に対する電極
１８Ｂとコンタクト層１７に対する電極１８Ａを形成し
た。
用の電極パッド２０を形成するために、フォトレジスト
を一様に塗布して、その電極パッド２０の形成部分のフ
ォトレジストに窓を形成する。次に、CoとAu、Al、又
は、それらの合金を膜厚1.5 μｍ程度に、蒸着により成
膜させ、リフトオフ法により、フォトレジスト上に蒸着
により堆積したCoとAu、Al、又はそれらの合金から成る
膜を除去して、電極パッド２０を形成する。その後、試
料雰囲気を真空ポンプで排気し、O2ガスを供給して圧力
３Paとし、その状態で雰囲気温度を約550 ℃にして、３
分程度、加熱し、コンタクト層１７、クラッド層１６を
ｐ型低抵抗化すると共にコンタクト層１７と電極１８Ａ
との合金化処理、ｎ+ 層１３と電極１８Ｂとの合金化処
理を行った。このようにして、ｎ+ 層１３に対する電極
１８Ｂとコンタクト層１７に対する電極１８Ａを形成し
た。
【００２０】発光素子１００を上記構成とすることによ
り、図２に示される特性結果が得られた。尚、図２には
比較例として従来構造の場合と、従来構造に歪み層１４
のみを付加した場合の特性結果も示した。図２に示され
るように、従来構造では発光波長が約480 nmで、出力が
約200 μW であった。この従来構造に歪み層１４のみを
付加した場合には、発光波長が約520nm に長波長化す
る。この発光波長の長波長化は歪み層１４が発光層１５
と異なる格子定数を有し、この格子定数差による歪みが
発光層１５に付与されたためと推察される。歪み層１４
のみを付加した場合には、長波長化できるが、出力は約
50μW に大幅に低減した。この出力の低減は、発光層１
５が基板１０の熱膨張による影響を受けたためと考えら
れる。一方、本実施例の如く歪み層１４と熱膨張緩和層
１２とを備えることにより、発光波長を約520nm に長波
長化できると共に、約200 μW の高出力を得ることがで
きた。これは、熱膨張緩和層１２により基板１０の熱膨
張による影響を除去できたためと推察される。このよう
に歪み層１４と熱膨張緩和層１２とを備えることによ
り、長波長化と高出力とを実現できる。
り、図２に示される特性結果が得られた。尚、図２には
比較例として従来構造の場合と、従来構造に歪み層１４
のみを付加した場合の特性結果も示した。図２に示され
るように、従来構造では発光波長が約480 nmで、出力が
約200 μW であった。この従来構造に歪み層１４のみを
付加した場合には、発光波長が約520nm に長波長化す
る。この発光波長の長波長化は歪み層１４が発光層１５
と異なる格子定数を有し、この格子定数差による歪みが
発光層１５に付与されたためと推察される。歪み層１４
のみを付加した場合には、長波長化できるが、出力は約
50μW に大幅に低減した。この出力の低減は、発光層１
５が基板１０の熱膨張による影響を受けたためと考えら
れる。一方、本実施例の如く歪み層１４と熱膨張緩和層
１２とを備えることにより、発光波長を約520nm に長波
長化できると共に、約200 μW の高出力を得ることがで
きた。これは、熱膨張緩和層１２により基板１０の熱膨
張による影響を除去できたためと推察される。このよう
に歪み層１４と熱膨張緩和層１２とを備えることによ
り、長波長化と高出力とを実現できる。
【００２１】本実施例では熱膨張緩和層１２の組成をIn
0.20Ga0.80N としたが、InYGa1-YN(0≦Y≦1)を満たして
いればよい。特に、Inを入れることで効果的に基板１０
からの熱応力を緩和できるので、望ましくはY ≠0 がよ
い。又、熱膨張緩和層１２の膜厚は100nm 以上であれば
よい。熱膨張緩和係数１２の膜厚は、100nm より薄いと
熱応力の緩和の効果が小さくなるので望ましくない。
又、本実施例では歪み層１４の組成をAl0.15Ga0.85N と
したが、AlXGa1-XN(0≦X ≦1)を満たしていればよい。
特に、Alを入れることで発光層１５に効果的に歪みを付
与できるので、望ましくはX ≠0 がよい。又、歪み層１
４の膜厚は10〜500 nmの範囲であればよい。歪み層１４
の膜厚が10nmより薄いと発光層１５に対して歪みが効果
的に付与されず、500 nmより厚いとクラックが発生する
ため、望ましくない。又、本実施例では、発光素子１０
０の発光層１５はＭＱＷ構造としたが、ＳＱＷやIn0.2G
a0.8N 等から成る単層、その他、任意の混晶比の４元、
３元系のAlInGaN としても良い。ＭＱＷ、ＳＱＷの方が
より効果的に歪みが入りやすくなり、波長シフト効果が
大きくなるので望ましい。又、本発明はＬＥＤやＬＤな
どの発光素子や受光素子に適用できる。尚、本実施例で
は、歪み層１４と熱膨張緩和層１２とを設けた構成とし
たが、長波長化のみを目的とする場合には、出力レベル
が低下するが、歪み層１４のみを設けた構成としてよ
い。
0.20Ga0.80N としたが、InYGa1-YN(0≦Y≦1)を満たして
いればよい。特に、Inを入れることで効果的に基板１０
からの熱応力を緩和できるので、望ましくはY ≠0 がよ
い。又、熱膨張緩和層１２の膜厚は100nm 以上であれば
よい。熱膨張緩和係数１２の膜厚は、100nm より薄いと
熱応力の緩和の効果が小さくなるので望ましくない。
又、本実施例では歪み層１４の組成をAl0.15Ga0.85N と
したが、AlXGa1-XN(0≦X ≦1)を満たしていればよい。
特に、Alを入れることで発光層１５に効果的に歪みを付
与できるので、望ましくはX ≠0 がよい。又、歪み層１
４の膜厚は10〜500 nmの範囲であればよい。歪み層１４
の膜厚が10nmより薄いと発光層１５に対して歪みが効果
的に付与されず、500 nmより厚いとクラックが発生する
ため、望ましくない。又、本実施例では、発光素子１０
０の発光層１５はＭＱＷ構造としたが、ＳＱＷやIn0.2G
a0.8N 等から成る単層、その他、任意の混晶比の４元、
３元系のAlInGaN としても良い。ＭＱＷ、ＳＱＷの方が
より効果的に歪みが入りやすくなり、波長シフト効果が
大きくなるので望ましい。又、本発明はＬＥＤやＬＤな
どの発光素子や受光素子に適用できる。尚、本実施例で
は、歪み層１４と熱膨張緩和層１２とを設けた構成とし
たが、長波長化のみを目的とする場合には、出力レベル
が低下するが、歪み層１４のみを設けた構成としてよ
い。
【００２２】上記に示されるように、本発明によれば、
発光層の格子定数と異なる半導体層を発光層の基板側に
設けることにより、発光層とその半導体層との格子定数
差によって発光層に対して歪みが付与され、長波長化が
可能となる。又、熱膨張緩和層を設けることにより、基
板の熱膨張による影響を除去できるので、高発光強度を
得ることができる。
発光層の格子定数と異なる半導体層を発光層の基板側に
設けることにより、発光層とその半導体層との格子定数
差によって発光層に対して歪みが付与され、長波長化が
可能となる。又、熱膨張緩和層を設けることにより、基
板の熱膨張による影響を除去できるので、高発光強度を
得ることができる。
【図１】本発明の具体的な実施例に係わる半導体発光素
子の構成を示した模式図。
子の構成を示した模式図。
【図２】本発明の具体的な実施例に係わる半導体発光素
子の出力及び発光波長を示した特性図。
子の出力及び発光波長を示した特性図。
１０ サファイア基板 １１ バッファ層 １２ 熱膨張緩和層 １３ 高キャリア濃度ｎ+ 層 １４ 歪み層 １５ 発光層 １６ クラッド層 １７ コンタクト層 １８Ａ ｐ電極 １８Ｂ ｎ電極 ２０ 電極パッド １００ 発光素子 １５１ バリア層 １５２ 井戸層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浅見 慎也 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 梅崎 潤一 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
Claims (2)
- 【請求項１】 活性層と異なる格子定数を有した第１の
半導体層が前記活性層の基板側に設けられることによ
り、前記活性層と前記第１の半導体層との格子定数差に
より前記活性層に対して歪みが付与され、 前記基板の熱膨張による前記活性層への歪みの影響を緩
和する第２の半導体層が前記第１の半導体層に対して前
記基板側に設けられたことを特徴とする窒化ガリウム系
化合物半導体素子。 - 【請求項２】 前記第１の半導体層はAlXGa1-XN(0＜X≦
1)から成り、前記第２の半導体層はInYGa1-YN(0＜Y≦1)
から成ることを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウ
ム系化合物半導体素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12351497A JPH10303458A (ja) | 1997-04-24 | 1997-04-24 | 窒化ガリウム系化合物半導体素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12351497A JPH10303458A (ja) | 1997-04-24 | 1997-04-24 | 窒化ガリウム系化合物半導体素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10303458A true JPH10303458A (ja) | 1998-11-13 |
Family
ID=14862504
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12351497A Pending JPH10303458A (ja) | 1997-04-24 | 1997-04-24 | 窒化ガリウム系化合物半導体素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10303458A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003163373A (ja) * | 2001-11-26 | 2003-06-06 | Toyoda Gosei Co Ltd | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体発光素子 |
| WO2004008551A1 (ja) * | 2002-07-16 | 2004-01-22 | Nitride Semiconductors Co.,Ltd. | 窒化ガリウム系化合物半導体装置 |
| JP2004356141A (ja) * | 2003-05-27 | 2004-12-16 | Stanley Electric Co Ltd | 半導体光学素子 |
| WO2004114421A1 (en) * | 2003-06-25 | 2004-12-29 | Lg Innotek Co.,Ltd | A light emitting device using nitride semiconductor and fabrication method of the same |
| WO2005008794A1 (en) * | 2003-07-18 | 2005-01-27 | Lg Innotek Co.,Ltd | Light emitting diode and fabrication method thereof |
| US7365369B2 (en) | 1997-06-11 | 2008-04-29 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor device |
| US7372066B2 (en) | 2002-06-04 | 2008-05-13 | Nitride Semiconductors Co., Ltd. | Gallium nitride compound semiconductor device and manufacturing method |
| KR100853935B1 (ko) * | 2002-03-06 | 2008-08-25 | 주식회사 엘지이아이 | 반도체 발광 다이오드 및 그의 제조방법 |
| US8492779B2 (en) | 2002-08-19 | 2013-07-23 | Lg Innotek Co., Ltd. | Nitride semiconductor LED and fabrication method thereof |
-
1997
- 1997-04-24 JP JP12351497A patent/JPH10303458A/ja active Pending
Cited By (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US7700940B2 (en) | 2002-07-16 | 2010-04-20 | Nitride Semiconductor Co., Ltd. | Gallium nitride-based compound semiconductor device |
| CN100521260C (zh) | 2002-07-16 | 2009-07-29 | 氮化物半导体株式会社 | 氮化镓类化合物半导体装置 |
| US8492779B2 (en) | 2002-08-19 | 2013-07-23 | Lg Innotek Co., Ltd. | Nitride semiconductor LED and fabrication method thereof |
| JP2004356141A (ja) * | 2003-05-27 | 2004-12-16 | Stanley Electric Co Ltd | 半導体光学素子 |
| JP2006510234A (ja) * | 2003-06-25 | 2006-03-23 | エルジー イノテック カンパニー リミテッド | 窒化物半導体の発光素子及びその製造方法 |
| US7193236B2 (en) | 2003-06-25 | 2007-03-20 | Lg Innotek Co., Ltd | Light emitting device using nitride semiconductor and fabrication method of the same |
| WO2004114421A1 (en) * | 2003-06-25 | 2004-12-29 | Lg Innotek Co.,Ltd | A light emitting device using nitride semiconductor and fabrication method of the same |
| US7691657B2 (en) | 2003-06-25 | 2010-04-06 | Lg Innotek Co., Ltd. | Light emitting device using nitride semiconductor and fabrication method of the same |
| GB2420013A (en) * | 2003-07-18 | 2006-05-10 | Lg Innotek Co Ltd | Light emitting diode and fabrication method thereof |
| US7682849B2 (en) | 2003-07-18 | 2010-03-23 | Lg Innotek Co., Ltd. | Light emitting diode and fabrication method thereof |
| US7531827B2 (en) | 2003-07-18 | 2009-05-12 | Lg Innotek Co., Ltd. | Gallium nitride-based light emitting diode and fabrication method thereof |
| WO2005008794A1 (en) * | 2003-07-18 | 2005-01-27 | Lg Innotek Co.,Ltd | Light emitting diode and fabrication method thereof |
| US7884388B2 (en) | 2003-07-18 | 2011-02-08 | Lg Innotek Co., Ltd | Light emitting diode having a first GaN layer and a first semiconductor layer each having a predetermined thickness and fabrication method therof |
| US7989235B2 (en) | 2003-07-18 | 2011-08-02 | Lg Innotek Co., Ltd | Light emitting diode and fabrication method thereof |
| GB2420013B (en) * | 2003-07-18 | 2007-01-17 | Lg Innotek Co Ltd | Light emitting diode and fabrication method thereof |
| US8674337B2 (en) | 2003-07-18 | 2014-03-18 | Lg Innotek Co., Ltd. | Gallium nitride based light emitting diode and fabrication method thereof |
| US8927960B2 (en) | 2003-07-18 | 2015-01-06 | Lg Innotek Co., Ltd. | Gallium nitride based light emitting diode |
| US9362454B2 (en) | 2003-07-18 | 2016-06-07 | Lg Innotek Co., Ltd. | Gallium nitride based light emitting diode |
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