JPH11330547A - 半導体発光素子およびその製造方法 - Google Patents
半導体発光素子およびその製造方法Info
- Publication number
- JPH11330547A JPH11330547A JP13301098A JP13301098A JPH11330547A JP H11330547 A JPH11330547 A JP H11330547A JP 13301098 A JP13301098 A JP 13301098A JP 13301098 A JP13301098 A JP 13301098A JP H11330547 A JPH11330547 A JP H11330547A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- light emitting
- semiconductor light
- buffer layer
- emitting device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 9
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims abstract description 24
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 18
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims abstract description 8
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 claims description 10
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical group [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910021478 group 5 element Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 claims description 5
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 5
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 2
- 125000000962 organic group Chemical group 0.000 claims description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 9
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 10
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 8
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- RBFQJDQYXXHULB-UHFFFAOYSA-N arsane Chemical compound [AsH3] RBFQJDQYXXHULB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- QTQRGDBFHFYIBH-UHFFFAOYSA-N tert-butylarsenic Chemical compound CC(C)(C)[As] QTQRGDBFHFYIBH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011029 spinel Substances 0.000 description 1
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
欠陥の個数を従来よりも少なくする。 【解決手段】 サファイア基板8上にAsを含んだGa
Nよりなるバッファ層9、n型GaNコンタクト層1
0、n型Ga0.9Al0.1Nクラッド層11、活性層1
2、p型Ga0.9Al0.1Nクラッド層13およびp型G
aNコンタクト層14が順次積層された構造を有してい
る。バッファ層9におけるAsの含有量は約1019/c
m3である。
Description
素子とその製造方法に関するものである。
体は、青色半導体レーザ装置等の発光素子や、高温で高
速動作するトランジスタ等に用いる材料として好適であ
る。
開平6−177423号公報に示すようなものが知られ
ており、図4を参照して説明する。
はアモルファスのGaNよりなるバッファ層2、n型G
aNコンタクト層3、n型Ga1-xAlxN(0≦x≦
1)クラッド層4、InyGa1-yN(0≦y≦1)活性
層5、p型Ga1-zAlzN(0≦z≦1)クラッド層
6、p型GaNコンタクト層7が順次積層された構造を
有したものである。
型GaNコンタクト層3等の結晶性を上げるために必ず
バッファ層2が必要である。バッファ層2の結晶成長の
方法は、例えば特開平7−312350号公報に技術が
開示されており、それは600℃程度の温度で多結晶ま
たはアモルファスのGaNまたはGa1-tAltN(0≦
t<1)よりなるバッファ層を堆積したのちに1,00
0℃の高温で窒化物半導体を成長させる方法である。こ
の方法によれば、バッファ層2の成長後、1,000℃
に昇温する時に多結晶またはアモルファスのGaNまた
はGa1-tAltNが部分的に単結晶化し、単結晶化した
部分を核として単結晶の窒化物半導体層が成長するため
発光が可能になると考えられている。
層2を用いた場合、600℃の成長温度においては、窒
素原料であるアンモニアとIII族原料との反応が十分で
ないため、バッファ層2中に1019cm-3程度の窒素原
子の空孔ができ、これが種となってクラッド層4および
活性層5へ欠陥が成長し、その結果半導体発光素子の寿
命を短くしていた。またアンモニアとIII族原料との反
応を向上させるために、バッファ層2の成長温度を60
0℃よりも高くすると、サファイア基板1の上にバッフ
ァ層2が均一に積層しなくなるので活性層5に成長する
欠陥の数を少なくすることはできなかった。
レーザなどの大きな電流密度を必要とする使用におい
て、その信頼性に問題が生じていた。
れたものであり、活性層へ成長する欠陥の個数を極めて
少なくし、その結果高い信頼性を有する半導体発光素子
を提供することを目的とする。
めに本発明の半導体発光素子は、基板と、前記基板上に
積層されたバッファ層と、前記バッファ層上に積層され
た窒化物半導体層とを有し、前記バッファ層がV族元素
を含む窒化物半導体層を有するものである。
窒素原子の空孔が窒素と同じV族元素の原子により埋め
られているので、バッファ層の窒素原子の空孔が種とな
って活性層へ成長する欠陥が生じない。
は、基板上に窒化物半導体からなるバッファ層および発
光素子形成層を順次積層し、前記バッファ層を形成する
ために用いる原料にアンモニアとV族水素化物とを含む
ものである。
子が供給されるので、バッファ層の結晶成長において生
じる窒素原子の空孔をV族原子によって埋めることがで
きる。
実施の形態について図面を用いて説明する。
子は、図1に示すようにサファイア基板8上に層厚が
1,000Åの砒素を含んだGaN[以降、GaN(A
s)と記す]よりなるバッファ層9、層厚が2μmのS
iドープのn型GaNコンタクト層10、層厚が0.5
μmのSiドープのn型Ga0.9Al0.1Nクラッド層1
1、活性層12、層厚が0.5μmのMgドープのp型
Ga0.9Al0.1Nクラッド層13および層厚が1μmの
Mgドープのp型GaNコンタクト層14が順次積層さ
れた構造のものである。バッファ層9における砒素の含
有量は約1019/cm3、すなわち窒素に対する砒素の
量は10-3程度である。
Nバリア層と層厚が50ÅのIn0. 2Ga0.8N井戸層と
を交互に積層した、合計6層の多重量子井戸構造を有し
ている(図示せず)。
Ga0.9Al0.1Nクラッド層11、活性層12、p型G
a0.9Al0.1Nクラッド層13およびp型GaNコンタ
クト層14の一部は、図示していないがドライエッチン
グにより、n型GaNコンタクト層10の一部を残し厚
みが1.5μmになるまでエッチングされ、n型GaN
コンタクト層10の表面を露出させている。そのn型G
aNコンタクト層10の露出した表面にTiを含む合
金、例えばTi/Auよりなるn型電極15が積層さ
れ、p型GaNコンタクト層14の表面にはNiを含む
合金、例えばNi/Auよりなるp型電極16が積層さ
れている。
子の空孔が砒素により埋められているので、窒素原子の
空孔が種となって活性層12へ成長する欠陥が生じず、
その結果窒化物半導体発光素子の寿命が従来より長くな
る。
導体発光素子の製造方法を、図2を用いて説明する。
金属気相エピタキシャル成長法により、GaN(As)
からなるバッファ層9を結晶成長させる。バッファ層9
の結晶成長に用いる原料として、トリメチルガリウム、
アンモニア(NH3)およびアルシン(AsH3)を用い
る。アルシンの流量は、アンモニアの流量の0.1%と
する。また、バッファ層9の成長温度は600℃である
[図2(a)]。
度を1,000℃にしてn型GaNコンタクト層10を
結晶成長させる[図2(b)]。
n型Ga0.9Al0.1Nクラッド層11、活性層12、p
型Ga0.9Al0.1Nクラッド層13およびp型GaNコ
ンタクト層14を順次積層する[図2(c)]。
表面にニッケルマスクをかけ、n型GaNコンタクト層
10、n型Ga0.9Al0.1Nクラッド層11、活性層1
2、p型Ga0.9Al0.1Nクラッド層13およびp型G
aNコンタクト層14の一部をドライエッチングによ
り、n型GaNコンタクト層10の一部を残し厚みが
1.5μmになるまでエッチングし、n型GaNコンタ
クト層10の表面を露出させる。
GaNコンタクト層10の露出した表面にn型電極15
を蒸着し、p型GaNコンタクト層14の表面にp型電
極16を蒸着する(図1)。
供給されるので、バッファ層9の結晶成長において生じ
る窒素原子の空孔を砒素によって埋めることができ、そ
の結果欠陥の少ない活性層を形成できるため、従来より
寿命の長い窒化物半導体発光素子を製造することができ
る。
発光素子(以下素子Aという)と従来の窒化物半導体発
光素子(以下素子Bという)との寿命特性を比較した結
果を図3に示す。
0℃、素子からの波長が420nmのレーザ光を用い、
5mWの一定の出力条件のもとで行った。素子Aおよび
素子Bに関する、動作時間と動作電流の変化率との関係
を図3に示す。図3において、曲線Aおよび曲線Bはそ
れぞれ素子Aおよび素子Bに対応する。なお、動作電流
の変化率とは、素子をある時間動作させたときの5mW
出力の電流値の素子を動作させた直後の5mW出力の電
流値に対する比を表し、それが1に近いほど素子の劣化
が少ないことを示す。
化率は動作時間が10,000時間経過してもほとんど
1であり、素子Aが10,000時間の動作後もほとん
ど劣化しないことがわかる。一方、素子Bの動作電流の
変化率は動作時間が5,000時間経過した後急激に増
加する。これは、素子Aにおいてバッファ層9中の窒素
原子の空孔が砒素により埋められ、空孔が種となって活
性層12へ成長する欠陥が生じず、結果として素子Bに
比べて劣化が小さいと考えられる。
換えを行っても同様の効果が得られる。
るいは両方とも含んだGa1-v-wAlvInwN(0≦v
≦1、0≦w≦1、v+w=1)を用いても同様の効果
が得られる。
砒素以外のV族原料としてアルシンの代わりにターチャ
ルブチルアルシン(TBAs)等の有機V族化合物を用
いてもよい。
アンモニア以外のV族原料の流量は、バッファ層9にお
ける窒素原子の空孔を埋めることができる程度以上であ
ればよい。
gAl2O4)、MgO、LiNbO 3,LiGaO2等の
絶縁性基板、あるいはSiC、Si、GaAs等の導電
性基板を用いてもよい。
の製造方法によれば、窒化物半導体で形成されたバッフ
ァ層にV族の元素を含ませることにより、窒素原子の空
孔をV族元素の原子により埋めることができるので、種
となって活性層へ成長する欠陥が生じず、結果として窒
化物半導体発光素子の寿命を従来よりも長くすることが
できる。
素子の断面図
素子の製造方法を示す図
素子と従来の窒化物半導体発光素子との寿命特性を比較
した図
Claims (7)
- 【請求項1】 基板と、前記基板上に積層されたバッフ
ァ層と、前記バッファ層上に積層された窒化物半導体層
とを有し、前記バッファ層がV族元素を含む窒化物半導
体層であることを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項2】 前記V族元素が砒素またはリンであるこ
とを特徴とする請求項1記載の半導体発光素子。 - 【請求項3】 前記基板が絶縁性基板であることを特徴
とする請求項1記載の半導体発光素子。 - 【請求項4】 前記絶縁性基板がサファイア、スピネ
ル、MgO、LiNbO 3またはLiGaO2よりなるこ
とを特徴とする請求項3記載の半導体発光素子。 - 【請求項5】 基板上に窒化物半導体層からなるバッフ
ァ層および発光素子形成層を順次積層し、前記バッファ
層を形成するために用いる原料にアンモニアとV族水素
化物とを含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方
法。 - 【請求項6】 前記V族水素化物の流量は前記アンモニ
アの流量の1%以下であることを特徴とする請求項5記
載の半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項7】 前記V族水素化物の代わりに有機V族化
合物を用いることを特徴とする請求項5または6記載の
半導体発光素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13301098A JPH11330547A (ja) | 1998-05-15 | 1998-05-15 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13301098A JPH11330547A (ja) | 1998-05-15 | 1998-05-15 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11330547A true JPH11330547A (ja) | 1999-11-30 |
Family
ID=15094688
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13301098A Pending JPH11330547A (ja) | 1998-05-15 | 1998-05-15 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11330547A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002003517A1 (en) * | 2000-07-03 | 2002-01-10 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Iii group nitride compound semiconductor light emitting element |
| US6720584B2 (en) * | 2000-12-04 | 2004-04-13 | Sharp Kabushiki Kaisha | Nitride type compound semiconductor light emitting element |
| US7005685B2 (en) | 2002-02-28 | 2006-02-28 | Shiro Sakai | Gallium-nitride-based compound semiconductor device |
| WO2006095379A1 (en) | 2005-03-11 | 2006-09-14 | Omb S.R.L. | Mounting system for a household appliance |
-
1998
- 1998-05-15 JP JP13301098A patent/JPH11330547A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002003517A1 (en) * | 2000-07-03 | 2002-01-10 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Iii group nitride compound semiconductor light emitting element |
| US6838706B2 (en) | 2000-07-03 | 2005-01-04 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Group III nitride compound semiconductor light-emitting device which emits light having a wavelength in a range from 360 to 550 NM |
| US6720584B2 (en) * | 2000-12-04 | 2004-04-13 | Sharp Kabushiki Kaisha | Nitride type compound semiconductor light emitting element |
| US7005685B2 (en) | 2002-02-28 | 2006-02-28 | Shiro Sakai | Gallium-nitride-based compound semiconductor device |
| WO2006095379A1 (en) | 2005-03-11 | 2006-09-14 | Omb S.R.L. | Mounting system for a household appliance |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6358770B2 (en) | Method for growing nitride semiconductor crystals, nitride semiconductor device, and method for fabricating the same | |
| JP3470623B2 (ja) | 窒化物系iii−v族化合物半導体の成長方法、半導体装置の製造方法および半導体装置 | |
| CN101438429B (zh) | Ⅲ族氮化物化合物半导体叠层结构体 | |
| US20070187704A1 (en) | Semiconductor light emitting element, manufacturing method thereof, integrated semiconductor light emitting device, manufacturing method thereof, image display device, manufacturing method thereof, illuminating device and manufacturing method thereof | |
| JPH1140893A (ja) | 半導体発光素子及びその製造方法 | |
| JP2001160627A (ja) | Iii族窒化物系化合物半導体発光素子 | |
| JP2001160627A5 (ja) | ||
| JPH11145514A (ja) | 窒化ガリウム系半導体素子およびその製造方法 | |
| JP3740744B2 (ja) | 半導体の成長方法 | |
| JP3410863B2 (ja) | 化合物半導体装置及び化合物半導体発光装置 | |
| US6307219B1 (en) | Light-emitting device comprising gallium-nitride-group compound semiconductor | |
| JP3522114B2 (ja) | 半導体発光素子及びその製造方法、並びにZnO膜の形成方法 | |
| JP3602856B2 (ja) | 半導体発光素子およびその製法 | |
| JP2000091234A (ja) | 窒化物系iii−v族化合物半導体の製造方法 | |
| JPWO1999038218A1 (ja) | 半導体発光素子およびその製法 | |
| JP4530234B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
| JP2003023179A (ja) | p型III族窒化物半導体およびその作製方法および半導体装置およびその作製方法 | |
| JP3289682B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
| JPH11340147A (ja) | 窒化物半導体ウエハーの製造方法および窒化物半導体素子の製造方法 | |
| JPH11330547A (ja) | 半導体発光素子およびその製造方法 | |
| JPH08255929A (ja) | 半導体発光素子の製法 | |
| JP3566476B2 (ja) | 半導体発光素子の製造方法 | |
| JP3454037B2 (ja) | GaN系素子用基板及びその製造方法及びGaN系素子 | |
| JP4099107B2 (ja) | 半導体装置 | |
| KR20010008570A (ko) | 양자 우물 구조의 질화물 반도체소자 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040330 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040629 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040825 |
|
| RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20050627 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060110 |