JPH10341060A - 窒化物系化合物半導体の結晶成長方法および窒化ガリウム系発光素子 - Google Patents
窒化物系化合物半導体の結晶成長方法および窒化ガリウム系発光素子Info
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- JPH10341060A JPH10341060A JP15076197A JP15076197A JPH10341060A JP H10341060 A JPH10341060 A JP H10341060A JP 15076197 A JP15076197 A JP 15076197A JP 15076197 A JP15076197 A JP 15076197A JP H10341060 A JPH10341060 A JP H10341060A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 窒化ガリウム系化合物半導体のＣ面内に非等
方的な歪を加えることの出来る結晶成長方法を提供し、
発振しきい値キャリア密度の低い窒化ガリウム系レーザ
および発光効率の良い窒化ガリウム系発光ダイオードを
実現する。 【解決手段】 有機金属化学気相成長法を用いて、Ｍ面
サファイア基板上に、（１１−２２）面を表面とする窒
化ガリウム系化合物半導体を形成する。前記結晶成長方
法により形成された窒化ガリウム系化合物半導体層を少
なくとも含む窒化ガリウム系発光素子を形成する。この
場合、窒化ガリウム系化合物半導体層のＣ面内には、サ
ファイア基板との格子定数差や熱膨張係数差のため、非
等方的な歪が加わり、窒化ガリウム系化合物半導体の価
電子帯状態密度が減少する。
方的な歪を加えることの出来る結晶成長方法を提供し、
発振しきい値キャリア密度の低い窒化ガリウム系レーザ
および発光効率の良い窒化ガリウム系発光ダイオードを
実現する。 【解決手段】 有機金属化学気相成長法を用いて、Ｍ面
サファイア基板上に、（１１−２２）面を表面とする窒
化ガリウム系化合物半導体を形成する。前記結晶成長方
法により形成された窒化ガリウム系化合物半導体層を少
なくとも含む窒化ガリウム系発光素子を形成する。この
場合、窒化ガリウム系化合物半導体層のＣ面内には、サ
ファイア基板との格子定数差や熱膨張係数差のため、非
等方的な歪が加わり、窒化ガリウム系化合物半導体の価
電子帯状態密度が減少する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化ガリウムまた
は窒化インジウムまたは窒化アルミニウムまたはそれら
の混晶（以下単に窒化物系化合物半導体）の結晶成長方
法に関する及び、窒化ガリウム系化合物半導体の層を少
なくとも１層含む発光素子（以下単に窒化ガリウム系発
光素子）に関し、特に、発振しきい値キャリア密度の低
いレーザおよび発光効率の良い発光ダイオードに関す
る。
は窒化インジウムまたは窒化アルミニウムまたはそれら
の混晶（以下単に窒化物系化合物半導体）の結晶成長方
法に関する及び、窒化ガリウム系化合物半導体の層を少
なくとも１層含む発光素子（以下単に窒化ガリウム系発
光素子）に関し、特に、発振しきい値キャリア密度の低
いレーザおよび発光効率の良い発光ダイオードに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】窒化ガリウムは、燐化インジウムや砒化
ガリウムといった従来の一般的な化合物半導体に比べ、
禁制帯エネルギーが大きい。そのため、窒化ガリウム系
化合物半導体は緑から紫外にかけての発光素子への応用
が期待されている。
ガリウムといった従来の一般的な化合物半導体に比べ、
禁制帯エネルギーが大きい。そのため、窒化ガリウム系
化合物半導体は緑から紫外にかけての発光素子への応用
が期待されている。
【０００３】従来、代表的な窒化ガリウム系化合物半導
体は、一般に、有機金属化学気相成長法により、（１１
−２０）面（以下Ａ面）または（０００１）面（以下Ｃ
面）を表面とするサファイア基板上に形成されていた。
体は、一般に、有機金属化学気相成長法により、（１１
−２０）面（以下Ａ面）または（０００１）面（以下Ｃ
面）を表面とするサファイア基板上に形成されていた。
【０００４】窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化イ
ンジウム、サファイアの常温付近での〔１０００〕軸
（以下ａ軸）格子定数はそれぞれａGaN ＝３．１８９２
Å、ａAlN ＝３．１１Å、ａInN ＝３．５４Å、ａsap
＝４．７５８Åである。窒化ガリウム、窒化アルミニウ
ム、窒化インジウム、サファイアの常温付近でのａ軸方
向の熱膨張係数はそれぞれΔａGaN ／ａGaN ＝５．５９
×１０-6Ｋ-1、ΔａAlN／ａAlN ＝４．４９×１０-6Ｋ
-1、ΔａInN ／ａInN ＝３．７５×１０-6Ｋ-1、Δａ
sap ／ａsap ＝７．５×１０-6Ｋ-1である。窒化ガリウ
ム、窒化アルミニウム、窒化インジウム、サファイアの
常温付近での〔０００１〕軸（以下ｃ軸）方向の熱膨張
係数はそれぞれΔｃGaN ／ｃGaN ＝３．１７×１０-6Ｋ
-1、ΔｃAlN／ｃAlN ＝１．９２×１０-6Ｋ-1、Δｃ
InN ／ｃInN ＝２．８５×１０-6Ｋ-1、Δｃsap ／ｃ
sap ＝８．５×１０-6Ｋ-1である。
ンジウム、サファイアの常温付近での〔１０００〕軸
（以下ａ軸）格子定数はそれぞれａGaN ＝３．１８９２
Å、ａAlN ＝３．１１Å、ａInN ＝３．５４Å、ａsap
＝４．７５８Åである。窒化ガリウム、窒化アルミニウ
ム、窒化インジウム、サファイアの常温付近でのａ軸方
向の熱膨張係数はそれぞれΔａGaN ／ａGaN ＝５．５９
×１０-6Ｋ-1、ΔａAlN／ａAlN ＝４．４９×１０-6Ｋ
-1、ΔａInN ／ａInN ＝３．７５×１０-6Ｋ-1、Δａ
sap ／ａsap ＝７．５×１０-6Ｋ-1である。窒化ガリウ
ム、窒化アルミニウム、窒化インジウム、サファイアの
常温付近での〔０００１〕軸（以下ｃ軸）方向の熱膨張
係数はそれぞれΔｃGaN ／ｃGaN ＝３．１７×１０-6Ｋ
-1、ΔｃAlN／ｃAlN ＝１．９２×１０-6Ｋ-1、Δｃ
InN ／ｃInN ＝２．８５×１０-6Ｋ-1、Δｃsap ／ｃ
sap ＝８．５×１０-6Ｋ-1である。
【０００５】図２は、このような従来技術の結晶成長方
法によりＣ面サファイア基板上に形成された代表的な窒
化ガリウム系半導体レーザ（以下単に窒化ガリウム系レ
ーザ）の概略断面図である（Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ ｅ
ｔ ａｌ．，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３５
（１９９６）Ｌ７４）。
法によりＣ面サファイア基板上に形成された代表的な窒
化ガリウム系半導体レーザ（以下単に窒化ガリウム系レ
ーザ）の概略断面図である（Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ ｅ
ｔ ａｌ．，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３５
（１９９６）Ｌ７４）。
【０００６】図２に於いて、この窒化ガリウム系レーザ
は、Ｃ面を表面とするサファイア基板２０１上に、厚さ
３００Åのアンドープの窒化ガリウム低温成長バッファ
層１０２、珪素が添加された厚さ３μｍのｎ型窒化ガリ
ウムコンタクト層１０３、珪素が添加された厚さ０．１
μｍのｎ型Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層１０４、珪素が添加さ
れた厚さ０．４μｍのｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド
層１０５、珪素が添加された厚さ０．１μｍのｎ型窒化
ガリウム光ガイド層１０６、厚さ２５Åのアンドープの
Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ量子井戸層と厚さ５０Åのアンドー
プのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層からなる２６周期の多重
量子井戸構造活性層１０７、マグネシウムが添加された
厚さ２００Åのｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ層１０８、マグ
ネシウムが添加された厚さ０．１μｍのｐ型窒化ガリウ
ム光ガイド層１０９、マグネシウムが添加された厚さ
０．４μｍのｐ型１ｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層１１
０、マグネシウムが添加された厚さ０．５μｍのｐ型窒
化ガリウムコンタクト層１１１、ニッケル（第１層）お
よび金（第２層）からなるｐ電極１１２、チタン（第１
層）およびアルミニウム（第２層）からなるｎ電極１１
３が形成されている。半導体結晶層１０２、１０３、１
０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１
０、１１１の形成は有機金属化学気相成長法により行わ
れた。
は、Ｃ面を表面とするサファイア基板２０１上に、厚さ
３００Åのアンドープの窒化ガリウム低温成長バッファ
層１０２、珪素が添加された厚さ３μｍのｎ型窒化ガリ
ウムコンタクト層１０３、珪素が添加された厚さ０．１
μｍのｎ型Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層１０４、珪素が添加さ
れた厚さ０．４μｍのｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド
層１０５、珪素が添加された厚さ０．１μｍのｎ型窒化
ガリウム光ガイド層１０６、厚さ２５Åのアンドープの
Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ量子井戸層と厚さ５０Åのアンドー
プのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層からなる２６周期の多重
量子井戸構造活性層１０７、マグネシウムが添加された
厚さ２００Åのｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ層１０８、マグ
ネシウムが添加された厚さ０．１μｍのｐ型窒化ガリウ
ム光ガイド層１０９、マグネシウムが添加された厚さ
０．４μｍのｐ型１ｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層１１
０、マグネシウムが添加された厚さ０．５μｍのｐ型窒
化ガリウムコンタクト層１１１、ニッケル（第１層）お
よび金（第２層）からなるｐ電極１１２、チタン（第１
層）およびアルミニウム（第２層）からなるｎ電極１１
３が形成されている。半導体結晶層１０２、１０３、１
０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１
０、１１１の形成は有機金属化学気相成長法により行わ
れた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】図２に示されたよう
な、従来技術によりＣ面サファイア基板上に形成された
窒化ガリウム系レーザに於いては、窒化ガリウム系化合
物半導体層１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、
１０８、１０９、１１０、１１１はＣ面を表面とする六
方晶となる。この窒化ガリウム系化合物半導体層には、
サファイア基板との間に存在する大きな格子定数差や熱
膨張係数差のため、歪が加わっているが、その歪は窒化
ガリウム系化合物半導体層のＣ面内に等方的なものとな
る。
な、従来技術によりＣ面サファイア基板上に形成された
窒化ガリウム系レーザに於いては、窒化ガリウム系化合
物半導体層１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、
１０８、１０９、１１０、１１１はＣ面を表面とする六
方晶となる。この窒化ガリウム系化合物半導体層には、
サファイア基板との間に存在する大きな格子定数差や熱
膨張係数差のため、歪が加わっているが、その歪は窒化
ガリウム系化合物半導体層のＣ面内に等方的なものとな
る。
【０００８】例えば燐化インジウムや砒化ガリウム系の
III−Ｖ族化合物半導体に於いては、（１００）面内に
等方的な歪を加えた場合、価電子帯状態密度が減少する
が、窒化ガリウム系化合物半導体に於いては、Ｃ面内に
等方的な歪が加わった場合、価電子帯状態密度が殆ど減
少しない（堂免ら、１９９６年（平成８年）春季第４３
回応用物理学関係連合講演会講演予稿集２９ａ−ＺＢ−
１０）。したがって従来のようにＣ面サファイア基板上
に窒化ガリウム系レーザを形成した場合、発振しきい値
キャリア密度が大きいという問題があった。
III−Ｖ族化合物半導体に於いては、（１００）面内に
等方的な歪を加えた場合、価電子帯状態密度が減少する
が、窒化ガリウム系化合物半導体に於いては、Ｃ面内に
等方的な歪が加わった場合、価電子帯状態密度が殆ど減
少しない（堂免ら、１９９６年（平成８年）春季第４３
回応用物理学関係連合講演会講演予稿集２９ａ−ＺＢ−
１０）。したがって従来のようにＣ面サファイア基板上
に窒化ガリウム系レーザを形成した場合、発振しきい値
キャリア密度が大きいという問題があった。
【０００９】またＣ面サファイア基板の他にはＲ面サフ
ァイア基板上に窒化ガリウムを形成した例が存在するが
（例えば、分子線エピタキシー法ではＣ．Ｒ．Ｅｄｄ
ｙ，Ｊｒ．ｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．７
３（１９９３）４４８、塩化物気相成長法ではＭ．Ｓａ
ｎｏ ｅｔ ａｌ．，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．１５（１９７６）１９４３など）、いずれも、窒化
ガリウム層の結晶性が非常に悪く、その膜質は発光素子
の半導体層に用いることが出来るものではなかった。
ァイア基板上に窒化ガリウムを形成した例が存在するが
（例えば、分子線エピタキシー法ではＣ．Ｒ．Ｅｄｄ
ｙ，Ｊｒ．ｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．７
３（１９９３）４４８、塩化物気相成長法ではＭ．Ｓａ
ｎｏ ｅｔ ａｌ．，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．１５（１９７６）１９４３など）、いずれも、窒化
ガリウム層の結晶性が非常に悪く、その膜質は発光素子
の半導体層に用いることが出来るものではなかった。
【００１０】さらにＭ面サファイア基板上にＧａＮの
（１−１０３）面を表面とする六方晶を形成するという
発明が松岡等により特開平２−２１１６２０号公報で開
示されているが、（１−１０３）面を表面とするＧａＮ
は不安定でありＲ面サファイア基板と同様に素子への適
用は不可能であった。
（１−１０３）面を表面とする六方晶を形成するという
発明が松岡等により特開平２−２１１６２０号公報で開
示されているが、（１−１０３）面を表面とするＧａＮ
は不安定でありＲ面サファイア基板と同様に素子への適
用は不可能であった。
【００１１】本発明の目的は、結晶性がよく、窒化ガリ
ウム系化合物半導体のＣ面内に非等方的な歪を加えるこ
との出来る結晶成長方法を提供し、発振しきい値キャリ
ア密度の低い窒化ガリウム系レーザおよび発光効率の良
い窒化ガリウム系発光ダイオードを実現することであ
る。
ウム系化合物半導体のＣ面内に非等方的な歪を加えるこ
との出来る結晶成長方法を提供し、発振しきい値キャリ
ア密度の低い窒化ガリウム系レーザおよび発光効率の良
い窒化ガリウム系発光ダイオードを実現することであ
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の窒化物系半導体
の結晶成長方法は、（０１−１０）面または（０１−１
０）面からの傾斜角が５°以内である面を表面とするサ
ファイア基板上に、（１１−２２）面または（１１−２
２）面からの傾斜角が５°以内である面を表面とするＩ
ｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、
０≦ｘ＋ｙ≦１）を形成する工程とを含むことを特徴と
する。
の結晶成長方法は、（０１−１０）面または（０１−１
０）面からの傾斜角が５°以内である面を表面とするサ
ファイア基板上に、（１１−２２）面または（１１−２
２）面からの傾斜角が５°以内である面を表面とするＩ
ｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、
０≦ｘ＋ｙ≦１）を形成する工程とを含むことを特徴と
する。
【００１３】また必要に応じてサファイア基板上に、基
板温度４００℃以上７００℃以下でＡｌx Ｇａ1-x Ｎ低
温バッファ層（０≦ｘ≦１）を形成する工程を入れても
良い。半導体層は有機金属化学気相成長法によって成長
させることを特徴とする。
板温度４００℃以上７００℃以下でＡｌx Ｇａ1-x Ｎ低
温バッファ層（０≦ｘ≦１）を形成する工程を入れても
良い。半導体層は有機金属化学気相成長法によって成長
させることを特徴とする。
【００１４】本発明の窒化ガリウム系発光素子は、（０
１−１０）面または（０１−１０）面からの傾斜角が５
°以内である面を表面とするサファイア基板上に、（１
１−２２）面または（１１−２２）面からの傾斜角が５
°以内である面を表面とするＩｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ
層（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表さ
れる多層構造とを少なくとも有することを特徴とする。
また必要に応じてサファイア基板上に、Ａｌx Ｇａ1-x
Ｎ低温バッファ層（０≦ｘ≦１）を設けても良い。
１−１０）面または（０１−１０）面からの傾斜角が５
°以内である面を表面とするサファイア基板上に、（１
１−２２）面または（１１−２２）面からの傾斜角が５
°以内である面を表面とするＩｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ
層（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表さ
れる多層構造とを少なくとも有することを特徴とする。
また必要に応じてサファイア基板上に、Ａｌx Ｇａ1-x
Ｎ低温バッファ層（０≦ｘ≦１）を設けても良い。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、実
施例に基づき図面を参照して詳しく説明する。
施例に基づき図面を参照して詳しく説明する。
【００１６】図１は本発明の実施例を示す窒化ガリウム
系レーザの概略断面図である。本実施例ではＭ面（（０
１−１０）面）サファイア基板上に、（１１−２２）面
を表面とする窒化ガリウム系化合物半導体層を成長して
窒化ガリウム系レーザ構造を形成した。
系レーザの概略断面図である。本実施例ではＭ面（（０
１−１０）面）サファイア基板上に、（１１−２２）面
を表面とする窒化ガリウム系化合物半導体層を成長して
窒化ガリウム系レーザ構造を形成した。
【００１７】以下に本実施例における窒化ガリウム系レ
ーザ構造の詳細について説明する。図１に於いて、窒化
ガリウム系レーザは、Ｍ面を表面とするサファイア基板
１０１上に、厚さ３００Åのアンドープの窒化ガリウム
低温成長バッファ層１０２、珪素が添加された厚さ３μ
ｍのｎ型窒化ガリウムコンタクト層１０３、珪素が添加
された厚さ０．１μｍのｎ型Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層１０
４、珪素が添加された厚さ０．４μｍのｎ型Ａｌ0.15Ｇ
ａ0.85Ｎクラッド層１０５、珪素が添加された厚さ０．
１μｍのｎ型窒化ガリウム光ガイド層１０６、厚さ２５
ÅのアンドープのＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ量子井戸層と厚さ
５０ÅのアンドープのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層からな
る２６周期の多重量子井戸構造活性層１０７、マグネシ
ウムが添加された厚さ２００Åのｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8
Ｎ層１０８、マグネシウムが添加された厚さ０．１μｍ
のｐ型窒化ガリウム光ガイド層１０９、マグネシウムが
添加された厚さ０．４μｍのｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎク
ラッド層１１０、マグネシウムが添加された厚さ０．５
μｍのｐ型窒化ガリウムコンタクト層１１１、ニッケル
（第１層）および金（第２層）からなるｐ電極１１２、
チタン（第１層）およびアルミニウム（第２層）からな
るｎ電極１１３が形成されている。実施例の窒化ガリウ
ム系レーザに於いては、窒化ガリウム系化合物半導体層
１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１
０９、１１０、１１１は、（１１−２２）面を表面とす
る六方晶となっている。
ーザ構造の詳細について説明する。図１に於いて、窒化
ガリウム系レーザは、Ｍ面を表面とするサファイア基板
１０１上に、厚さ３００Åのアンドープの窒化ガリウム
低温成長バッファ層１０２、珪素が添加された厚さ３μ
ｍのｎ型窒化ガリウムコンタクト層１０３、珪素が添加
された厚さ０．１μｍのｎ型Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層１０
４、珪素が添加された厚さ０．４μｍのｎ型Ａｌ0.15Ｇ
ａ0.85Ｎクラッド層１０５、珪素が添加された厚さ０．
１μｍのｎ型窒化ガリウム光ガイド層１０６、厚さ２５
ÅのアンドープのＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ量子井戸層と厚さ
５０ÅのアンドープのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層からな
る２６周期の多重量子井戸構造活性層１０７、マグネシ
ウムが添加された厚さ２００Åのｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8
Ｎ層１０８、マグネシウムが添加された厚さ０．１μｍ
のｐ型窒化ガリウム光ガイド層１０９、マグネシウムが
添加された厚さ０．４μｍのｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎク
ラッド層１１０、マグネシウムが添加された厚さ０．５
μｍのｐ型窒化ガリウムコンタクト層１１１、ニッケル
（第１層）および金（第２層）からなるｐ電極１１２、
チタン（第１層）およびアルミニウム（第２層）からな
るｎ電極１１３が形成されている。実施例の窒化ガリウ
ム系レーザに於いては、窒化ガリウム系化合物半導体層
１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１
０９、１１０、１１１は、（１１−２２）面を表面とす
る六方晶となっている。
【００１８】次に実施例の成長条件について説明する。
減圧ＭＯＶＰＥ装置を用いてＧａＮ低温バッファ層とＧ
ａＮエピタキシャル層を成長する二段階成長法を用いて
素子を作成した。本実施例では成長圧力を１００Ｔｏｒ
ｒ、III 族原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、
Ｖ族原料としてアンモニア（ＮＨ3 ）を用いＴＭＧ供給
量を５７．８ｍｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ3 供給量を０．１
７９ｍｏｌ／ｍｉｎ、Ｖ／III 比を３０９７で、Ｍ面を
表面とするサファイア基板上にＧａＮ低温バッファ層の
成長温度を４５０℃、ＧａＮエピタキシャル層の成長温
度を１０５０℃として成長した。実施例ではＭ面サファ
イア基板上に発光素子に用いることが出来る結晶性を得
ることができた。
減圧ＭＯＶＰＥ装置を用いてＧａＮ低温バッファ層とＧ
ａＮエピタキシャル層を成長する二段階成長法を用いて
素子を作成した。本実施例では成長圧力を１００Ｔｏｒ
ｒ、III 族原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、
Ｖ族原料としてアンモニア（ＮＨ3 ）を用いＴＭＧ供給
量を５７．８ｍｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ3 供給量を０．１
７９ｍｏｌ／ｍｉｎ、Ｖ／III 比を３０９７で、Ｍ面を
表面とするサファイア基板上にＧａＮ低温バッファ層の
成長温度を４５０℃、ＧａＮエピタキシャル層の成長温
度を１０５０℃として成長した。実施例ではＭ面サファ
イア基板上に発光素子に用いることが出来る結晶性を得
ることができた。
【００１９】本実施例では、サファイア基板との間に存
在する大きな格子定数差や熱膨張係数差のため、形成さ
れた窒化ガリウム系化合物半導体層に歪が加わっている
が、その歪は窒化ガリウム系化合物半導体層のＣ面内に
非等方的なものとなっており、価電子帯状態密度が減少
する。したがってＭ面サファイア基板上に（１１−２
２）面を表面とする窒化ガリウム系化合物半導体層を形
成した実施例の窒化ガリウム系レーザは、従来のＣ面サ
ファイア基板上に形成した窒化ガリウム系レーザに比
べ、発振しきい値キャリア密度が小さくすることができ
る。
在する大きな格子定数差や熱膨張係数差のため、形成さ
れた窒化ガリウム系化合物半導体層に歪が加わっている
が、その歪は窒化ガリウム系化合物半導体層のＣ面内に
非等方的なものとなっており、価電子帯状態密度が減少
する。したがってＭ面サファイア基板上に（１１−２
２）面を表面とする窒化ガリウム系化合物半導体層を形
成した実施例の窒化ガリウム系レーザは、従来のＣ面サ
ファイア基板上に形成した窒化ガリウム系レーザに比
べ、発振しきい値キャリア密度が小さくすることができ
る。
【００２０】本発明の結晶成長方法は、上述した実施例
に示される層構造に於いてのみ有効であるという訳では
なく、あらゆる層構造の窒化ガリウム系化合物半導体の
結晶成長方法に於いても有効である。
に示される層構造に於いてのみ有効であるという訳では
なく、あらゆる層構造の窒化ガリウム系化合物半導体の
結晶成長方法に於いても有効である。
【００２１】また本発明に於けるサファイア基板の表面
面方位に関しては、実施例に示されたように厳密にＭ面
である必要はなく、またＭ面に対し５°以内の傾斜なら
ば発明の効果に影響はない。また窒化ガリウム系化合物
半導体の組成は必要に応じてＩｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ
（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の範囲で
変化させてもよい。
面方位に関しては、実施例に示されたように厳密にＭ面
である必要はなく、またＭ面に対し５°以内の傾斜なら
ば発明の効果に影響はない。また窒化ガリウム系化合物
半導体の組成は必要に応じてＩｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ
（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の範囲で
変化させてもよい。
【００２２】さらに本発明の窒化ガリウム系発光素子
は、上述した実施例に示されるレーザ構造に於いてのみ
有効であるという訳ではなく、あらゆる構造の窒化ガリ
ウム系レーザに於いて有効である。
は、上述した実施例に示されるレーザ構造に於いてのみ
有効であるという訳ではなく、あらゆる構造の窒化ガリ
ウム系レーザに於いて有効である。
【００２３】本実施例では窒化ガリウム系レーザについ
て説明したが、これに限られるというものではなく、価
電子帯状態密度が減少することで発光効率の改善が見込
まれる発光ダイオードに於いても有効であることはいう
までもない。
て説明したが、これに限られるというものではなく、価
電子帯状態密度が減少することで発光効率の改善が見込
まれる発光ダイオードに於いても有効であることはいう
までもない。
【００２４】
【発明の効果】本発明の結晶成長方法では、結晶性よく
窒化ガリウム系化合物半導体のＣ面内に非等方的な歪を
加えることができ、これにより発振しきい値キャリア密
度の低い窒化ガリウム系レーザおよび発光効率の良い窒
化ガリウム系発光ダイオードを実現することができる。
窒化ガリウム系化合物半導体のＣ面内に非等方的な歪を
加えることができ、これにより発振しきい値キャリア密
度の低い窒化ガリウム系レーザおよび発光効率の良い窒
化ガリウム系発光ダイオードを実現することができる。
【図１】本発明の実施例１を示す図であり、Ｍ面サファ
イア基板上に形成された、（１１−２２）面を表面とす
る窒化ガリウム系レーザの概略断面図である。
イア基板上に形成された、（１１−２２）面を表面とす
る窒化ガリウム系レーザの概略断面図である。
【図２】従来技術を示すであり、Ａ面サファイア基板上
に形成された、Ａ面を表面とする窒化ガリウム系レーザ
の概略断面図である。
に形成された、Ａ面を表面とする窒化ガリウム系レーザ
の概略断面図である。
１０１ Ｍ面サファイア基板 １０２ 窒化ガリウム低温成長バッファ層 １０３ ｎ型Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎコンタクト層 １０４ ｎ型Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層 １０５ ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層 １０６ ｎ型窒化ガリウム光ガイド層 １０７ Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ／Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ多
重量子井戸活性層 １０８ ｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ層 １０９ ｐ型窒化ガリウム光ガイド層 １１０ ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層 １１１ ｐ型Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎコンタクト層 １１２ ニッケルおよび金からなるｐ電極 １１３ チタンおよびアルミニウムからなるｎ電極 ２０１ Ａ面サファイア基板
重量子井戸活性層 １０８ ｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ層 １０９ ｐ型窒化ガリウム光ガイド層 １１０ ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層 １１１ ｐ型Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎコンタクト層 １１２ ニッケルおよび金からなるｐ電極 １１３ チタンおよびアルミニウムからなるｎ電極 ２０１ Ａ面サファイア基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 仁道 正明 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株 式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】 （０１−１０）面または（０１−１０）
面からの傾斜角が５°以内である面を表面とするサファ
イア基板上に、（１１−２２）面または（１１−２２）
面からの傾斜角が５°以内である面を表面とするＩｎx
Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦
ｘ＋ｙ≦１）を形成する工程とを含むことを特徴とする
窒化物系化合物半導体の結晶成長方法。 - 【請求項２】 （０１−１０）面または（０１−１０）
面からの傾斜角が５°以内である面を表面とするサファ
イア基板上に、基板温度４００℃以上７００℃以下でＡ
ｌx Ｇａ1-x Ｎ低温バッファ層（０≦ｘ≦１）を形成す
る工程と、（１１−２２）面または（１１−２２）面か
らの傾斜角が５°以内である面を表面とするＩｎx Ａｌ
y Ｇａ1-x-y Ｎ層（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋
ｙ≦１）を形成する工程とを有することを特徴とする窒
化物系化合物半導体の結晶成長方法。 - 【請求項３】 有機金属化学気相成長法によって半導体
層を成長させることを特徴とする請求項１又は２記載の
窒化物系化合物半導体の結晶成長方法。 - 【請求項４】 （０１−１０）面または（０１−１０）
面からの傾斜角が５°以内である面を表面とするサファ
イア基板上に、（１１−２２）面または（１１−２２）
面からの傾斜角が５°以内である面を表面とするＩｎx
Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦
ｘ＋ｙ≦１）で表される多層構造とを少なくとも有する
ことを特徴とする窒化ガリウム系発光素子。 - 【請求項５】 （０１−１０）面または（０１−１０）
面からの傾斜角が５°以内である面を表面とするサファ
イア基板上に、Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ低温バッファ層（０≦
ｘ≦１）と、（１１−２２）面または（１１−２２）面
からの傾斜角が５°以内である面を表面とするＩｎx Ａ
ｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ
＋ｙ≦１）で表される多層構造とを少なくとも有するこ
とを特徴とする窒化ガリウム系発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15076197A JP3119200B2 (ja) | 1997-06-09 | 1997-06-09 | 窒化物系化合物半導体の結晶成長方法および窒化ガリウム系発光素子 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP15076197A JP3119200B2 (ja) | 1997-06-09 | 1997-06-09 | 窒化物系化合物半導体の結晶成長方法および窒化ガリウム系発光素子 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10341060A true JPH10341060A (ja) | 1998-12-22 |
| JP3119200B2 JP3119200B2 (ja) | 2000-12-18 |
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ID=15503846
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15076197A Expired - Fee Related JP3119200B2 (ja) | 1997-06-09 | 1997-06-09 | 窒化物系化合物半導体の結晶成長方法および窒化ガリウム系発光素子 |
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Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002373864A (ja) * | 2001-04-12 | 2002-12-26 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 窒化ガリウム結晶への酸素ドーピング方法と酸素ドープされたｎ型窒化ガリウム単結晶基板 |
| JP2006240988A (ja) * | 2001-04-12 | 2006-09-14 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 窒化ガリウム結晶への酸素ドーピング方法と酸素ドープされたｎ型窒化ガリウム単結晶基板 |
| JP2006282504A (ja) * | 2001-04-12 | 2006-10-19 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 窒化ガリウム単結晶基板ならびにその製造方法 |
| CN1293685C (zh) * | 2003-03-26 | 2007-01-03 | 夏普株式会社 | 半导体激光装置及其生产方法和光盘单元 |
| JP2009508336A (ja) * | 2005-09-09 | 2009-02-26 | ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア | 有機金属化学気相成長法による半極性（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｂ）Ｎの成長促進法 |
| JP2009130364A (ja) * | 2007-11-23 | 2009-06-11 | Samsung Electro-Mechanics Co Ltd | 窒化物半導体発光素子及びその製造方法 |
| JP2009524250A (ja) * | 2006-01-20 | 2009-06-25 | ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア | 半極性（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｂ）Ｎの成長の改良法 |
| JP2009234914A (ja) * | 2001-04-12 | 2009-10-15 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 発光デバイスの製造方法、発光デバイス、ＧａＮ基板の製造方法およびＧａＮ基板 |
| US20110058585A1 (en) * | 2009-09-10 | 2011-03-10 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Group-iii nitride semiconductor laser device, and method of fabricating group-iii nitride semiconductor laser device |
| US20110062449A1 (en) * | 2005-06-01 | 2011-03-17 | The Regents Of The University Of California | Technique for the growth and fabrication of semipolar (ga,al,in,b)n thin films, heterostructures, and devices |
| US8405128B2 (en) | 2006-01-20 | 2013-03-26 | The Regents Of The University Of California | Method for enhancing growth of semipolar (Al,In,Ga,B)N via metalorganic chemical vapor deposition |
| US8524012B2 (en) | 2005-03-10 | 2013-09-03 | The Regents Of The University Of California | Technique for the growth of planar semi-polar gallium nitride |
| KR101453563B1 (ko) * | 2007-05-18 | 2014-10-21 | 소니 주식회사 | 반도체층 성장 방법, 반도체 발광 소자 제조 방법, 반도체발광 소자 및 전자 장치 |
-
1997
- 1997-06-09 JP JP15076197A patent/JP3119200B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (28)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006240988A (ja) * | 2001-04-12 | 2006-09-14 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 窒化ガリウム結晶への酸素ドーピング方法と酸素ドープされたｎ型窒化ガリウム単結晶基板 |
| JP2006282504A (ja) * | 2001-04-12 | 2006-10-19 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 窒化ガリウム単結晶基板ならびにその製造方法 |
| JP2002373864A (ja) * | 2001-04-12 | 2002-12-26 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 窒化ガリウム結晶への酸素ドーピング方法と酸素ドープされたｎ型窒化ガリウム単結晶基板 |
| JP2009234914A (ja) * | 2001-04-12 | 2009-10-15 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 発光デバイスの製造方法、発光デバイス、ＧａＮ基板の製造方法およびＧａＮ基板 |
| CN1293685C (zh) * | 2003-03-26 | 2007-01-03 | 夏普株式会社 | 半导体激光装置及其生产方法和光盘单元 |
| US9231376B2 (en) | 2004-05-10 | 2016-01-05 | The Regents Of The University Of California | Technique for the growth and fabrication of semipolar (Ga,Al,In,B)N thin films, heterostructures, and devices |
| US9793435B2 (en) | 2004-05-10 | 2017-10-17 | The Regents Of The University Of California | Technique for the growth and fabrication of semipolar (Ga,Al,In,B)N thin films, heterostructures, and devices |
| US8524012B2 (en) | 2005-03-10 | 2013-09-03 | The Regents Of The University Of California | Technique for the growth of planar semi-polar gallium nitride |
| JP2014222780A (ja) * | 2005-03-10 | 2014-11-27 | ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア | 平坦な半極性窒化ガリウムの成長技術 |
| US10529892B2 (en) | 2005-06-01 | 2020-01-07 | The Regents Of The University Of California | Technique for the growth and fabrication of semipolar (Ga,Al,In,B)N thin films, heterostructures, and devices |
| US20110062449A1 (en) * | 2005-06-01 | 2011-03-17 | The Regents Of The University Of California | Technique for the growth and fabrication of semipolar (ga,al,in,b)n thin films, heterostructures, and devices |
| US8686466B2 (en) | 2005-06-01 | 2014-04-01 | The Regents Of The University Of California | Technique for the growth and fabrication of semipolar (Ga,Al,In,B)N thin films, heterostructures, and devices |
| JP2012209586A (ja) * | 2005-09-09 | 2012-10-25 | Regents Of The Univ Of California | 半極性窒化物を備え、窒化物核生成層又はバッファ層に特徴を有するデバイス構造 |
| JP2009508336A (ja) * | 2005-09-09 | 2009-02-26 | ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア | 有機金属化学気相成長法による半極性（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｂ）Ｎの成長促進法 |
| KR101347848B1 (ko) * | 2005-09-09 | 2014-01-06 | 재팬 사이언스 앤드 테크놀로지 에이젼시 | 유기금속 화학기상증착법을 통한 반극성（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｂ）Ｎ의 성장강화방법 |
| KR101510461B1 (ko) * | 2006-01-20 | 2015-04-08 | 더 리전츠 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아 | 반극성 (Ａｌ,Ｉｎ,Ｇａ,Ｂ)Ｎ의 개선된 성장 방법 |
| JP2009524250A (ja) * | 2006-01-20 | 2009-06-25 | ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア | 半極性（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｂ）Ｎの成長の改良法 |
| JP2014220524A (ja) * | 2006-01-20 | 2014-11-20 | ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア | 半極性ｉｉｉ族窒化物膜からなるデバイスおよびその作製方法 |
| JP2013010689A (ja) * | 2006-01-20 | 2013-01-17 | Regents Of The Univ Of California | 半極性（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｂ）ＮまたはＩＩＩ族窒化物の結晶 |
| US8368179B2 (en) | 2006-01-20 | 2013-02-05 | The Regents Of The University Of California | Miscut semipolar optoelectronic device |
| US8405128B2 (en) | 2006-01-20 | 2013-03-26 | The Regents Of The University Of California | Method for enhancing growth of semipolar (Al,In,Ga,B)N via metalorganic chemical vapor deposition |
| KR101453563B1 (ko) * | 2007-05-18 | 2014-10-21 | 소니 주식회사 | 반도체층 성장 방법, 반도체 발광 소자 제조 방법, 반도체발광 소자 및 전자 장치 |
| US8253125B2 (en) | 2007-11-23 | 2012-08-28 | Samsung Led Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same |
| JP2009130364A (ja) * | 2007-11-23 | 2009-06-11 | Samsung Electro-Mechanics Co Ltd | 窒化物半導体発光素子及びその製造方法 |
| US8306082B2 (en) * | 2009-09-10 | 2012-11-06 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Group-III nitride semiconductor laser device, and method of fabricating group-III nitride semiconductor laser device |
| US8227277B2 (en) | 2009-09-10 | 2012-07-24 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Group-III nitride semiconductor laser device, and method of fabricating group-III nitride semiconductor laser device |
| CN102025104A (zh) * | 2009-09-10 | 2011-04-20 | 住友电气工业株式会社 | Iii族氮化物半导体激光器元件及其制作方法 |
| US20110058585A1 (en) * | 2009-09-10 | 2011-03-10 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Group-iii nitride semiconductor laser device, and method of fabricating group-iii nitride semiconductor laser device |
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