JPH1168159A - ３族窒化物半導体素子の製造方法 - Google Patents
３族窒化物半導体素子の製造方法Info
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- JPH1168159A JPH1168159A JP4455198A JP4455198A JPH1168159A JP H1168159 A JPH1168159 A JP H1168159A JP 4455198 A JP4455198 A JP 4455198A JP 4455198 A JP4455198 A JP 4455198A JP H1168159 A JPH1168159 A JP H1168159A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】量子井戸構造を有する３族窒化物半導体におけ
るバリア層形成時の井戸層の昇華を防止し,膜厚を制御
し,結晶性を良好とし,発光効率を高めること。 【解決手段】基板温度900℃にてN2又はH2を20liter/分,
NH3を10liter/分,TMGを2.0×10-4モル/分で供給し,膜厚
約35ÅのGaN から成るバリア層51を形成した。次に,基
板温度を600℃まで低下させ,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,膜厚約35ÅのIn0.20Ga0.80Nから成る井
戸層52を形成した。次に,基板温度を600℃に保持し,N2
又はH2を20liter /分,NH3を10liter/分,TMGを2.0×10-4
モル/分で供給し, 膜厚約35ÅのGaNから成るキャップ層
53を形成した((a)図)。次に,基板温度を600℃から900℃
に昇温し,この昇温過程でキャップ層53が熱分解により
消失する((b)図)。基板温度が900℃になった時点で,井
戸層52上に次のバリア層51を上記条件にて形成した((c)
図)。
るバリア層形成時の井戸層の昇華を防止し,膜厚を制御
し,結晶性を良好とし,発光効率を高めること。 【解決手段】基板温度900℃にてN2又はH2を20liter/分,
NH3を10liter/分,TMGを2.0×10-4モル/分で供給し,膜厚
約35ÅのGaN から成るバリア層51を形成した。次に,基
板温度を600℃まで低下させ,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,膜厚約35ÅのIn0.20Ga0.80Nから成る井
戸層52を形成した。次に,基板温度を600℃に保持し,N2
又はH2を20liter /分,NH3を10liter/分,TMGを2.0×10-4
モル/分で供給し, 膜厚約35ÅのGaNから成るキャップ層
53を形成した((a)図)。次に,基板温度を600℃から900℃
に昇温し,この昇温過程でキャップ層53が熱分解により
消失する((b)図)。基板温度が900℃になった時点で,井
戸層52上に次のバリア層51を上記条件にて形成した((c)
図)。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、３族窒化物半導
体、例えばAlXGaYIn1-X-YNから成る素子の製造方法に関
する。特に、井戸層とバリア層とが積層された量子井戸
構造を有した素子の製造方法に関する。
体、例えばAlXGaYIn1-X-YNから成る素子の製造方法に関
する。特に、井戸層とバリア層とが積層された量子井戸
構造を有した素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、３族窒化物半導体においては、発
光ダイオードの発光層、半導体レーザの活性層として、
井戸層と、井戸層よりバンドギャップの広いバリア層と
から成る量子井戸構造を用い、発光強度を向上させた技
術がある。例えば、Ga0.57In0.43Nから成る井戸層を Ga
0.95In0.05NとAl0.1Ga0.9Nから成るバリア層で挟んだ単
一量子井戸（ＳＱＷ）構造を有した素子(JAPANESE JOUR
NAL OF APPLIED PHYSICS(JJAP),Vol.34(1995)pp.L797-L
799)や、Ga0.8In0.2N から成る井戸層とGa0.95In0.05N
から成るバリア層とが所定周期で積層された多重量子井
戸（ＭＱＷ）構造を有した素子(JJAP,Vol.35(1996)pp.L
74-L76)等が知られている。これら３族窒化物半導体の
製造における成長温度は井戸層＜バリア層となってお
り、発光効率の向上のためには量子井戸構造を構成する
各層の結晶性と共に、各々の膜厚制御が重要なファクタ
ーとなっている。
光ダイオードの発光層、半導体レーザの活性層として、
井戸層と、井戸層よりバンドギャップの広いバリア層と
から成る量子井戸構造を用い、発光強度を向上させた技
術がある。例えば、Ga0.57In0.43Nから成る井戸層を Ga
0.95In0.05NとAl0.1Ga0.9Nから成るバリア層で挟んだ単
一量子井戸（ＳＱＷ）構造を有した素子(JAPANESE JOUR
NAL OF APPLIED PHYSICS(JJAP),Vol.34(1995)pp.L797-L
799)や、Ga0.8In0.2N から成る井戸層とGa0.95In0.05N
から成るバリア層とが所定周期で積層された多重量子井
戸（ＭＱＷ）構造を有した素子(JJAP,Vol.35(1996)pp.L
74-L76)等が知られている。これら３族窒化物半導体の
製造における成長温度は井戸層＜バリア層となってお
り、発光効率の向上のためには量子井戸構造を構成する
各層の結晶性と共に、各々の膜厚制御が重要なファクタ
ーとなっている。
【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、井戸層の成長後にバリア層を成長させるた
めの昇温過程において、熱分解により井戸層の一部が昇
華し、バリア層を成長させる際には井戸層が当初の膜厚
より薄くなってしまう。又、昇華により井戸層表面の結
晶性が悪化するという問題がある。加えて、井戸層の面
内の一部分にInの蒸発による組成の不均一な部分ができ
る。又、昇温時間にバラツキがあると、結果として量子
井戸構造、特にＭＱＷ構造の場合では各井戸層の膜厚が
不均一になり、不均一な量子準位の形成に伴う発光効率
の低下、不要な発光中心の発生等の問題がある。
来技術では、井戸層の成長後にバリア層を成長させるた
めの昇温過程において、熱分解により井戸層の一部が昇
華し、バリア層を成長させる際には井戸層が当初の膜厚
より薄くなってしまう。又、昇華により井戸層表面の結
晶性が悪化するという問題がある。加えて、井戸層の面
内の一部分にInの蒸発による組成の不均一な部分ができ
る。又、昇温時間にバラツキがあると、結果として量子
井戸構造、特にＭＱＷ構造の場合では各井戸層の膜厚が
不均一になり、不均一な量子準位の形成に伴う発光効率
の低下、不要な発光中心の発生等の問題がある。
【０００４】従って、本発明の目的は、上記課題に鑑
み、バリア層を成長させる際に井戸層の昇華を防止し、
不要な発光中心の発生を防止し、発光効率を向上させる
ことである。
み、バリア層を成長させる際に井戸層の昇華を防止し、
不要な発光中心の発生を防止し、発光効率を向上させる
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、３族窒化物半導
体から成る井戸層とバリア層との積層構造を少なくとも
１周期有する量子井戸構造を有した３族窒化物半導体素
子の製造方法において、井戸層の形成後に、井戸層の形
成温度付近で井戸層よりバンドギャップが広く、バリア
層と同じ若しくは狭いバンドギャップを有するキャップ
層を形成し、その後、バリア層の形成時の温度まで昇温
する過程において熱分解によりキャップ層を除去し、井
戸層上にバリア層を形成する。これにより、バリア層の
形成時に、井戸層の昇華を防止して井戸層上にバリア層
を形成できるので、各井戸層の膜厚が均一になり、良好
な結晶性を維持することができる。これにより、不要な
発光中心の発生を防止し、発光効率を向上させることが
できる。
めに、請求項１に記載の手段によれば、３族窒化物半導
体から成る井戸層とバリア層との積層構造を少なくとも
１周期有する量子井戸構造を有した３族窒化物半導体素
子の製造方法において、井戸層の形成後に、井戸層の形
成温度付近で井戸層よりバンドギャップが広く、バリア
層と同じ若しくは狭いバンドギャップを有するキャップ
層を形成し、その後、バリア層の形成時の温度まで昇温
する過程において熱分解によりキャップ層を除去し、井
戸層上にバリア層を形成する。これにより、バリア層の
形成時に、井戸層の昇華を防止して井戸層上にバリア層
を形成できるので、各井戸層の膜厚が均一になり、良好
な結晶性を維持することができる。これにより、不要な
発光中心の発生を防止し、発光効率を向上させることが
できる。
【０００６】望ましくは、請求項２に記載の手段の如
く、井戸層をAlX1GaY1In1-X1-Y1N(0≦X1≦1,0≦Y1≦1,
0≦X1+Y1≦1)で構成し、バリア層をAlX2GaY2In1-X2-Y2N
(0≦X2≦1,0≦Y2≦1, 0≦X2+Y2≦1)で構成し、キャップ
層をAlX3GaY3In1-X3-Y3N(0≦X3≦1,0≦Y3≦1, 0≦X3+Y3
≦1)で構成することである。又、請求項３に記載の手段
の如く、井戸層をGaX4In1-X4N(0≦X4≦1)で構成し、バ
リア層をAlX2GaY2In1-X2-Y2N(0≦X2≦1,0≦Y2≦1,0≦X2
+Y2≦1)で構成すること、請求項４に記載の手段の如
く、井戸層をGaX5In1-X5N(0≦X5＜1)で構成し、バリア
層をAlX6Ga1-X6N(0≦X6≦1)で構成し、キャップ層をAl
X7Ga1-X7N(0≦X7≦1,X7≦X6)で構成すること、請求項５
に記載の手段の如く、井戸層をGaX5In1-X5N (0≦X5＜1)
で構成し、バリア層をAlX6Ga1-X6N(0≦X6≦1)で構成
し、キャップ層をGaX8In1-X8N(0＜X8≦1,X5＜X8)で構成
すること、請求項６に記載の手段の如く、井戸層をGaX9
In1-X9N(0＜X9＜1)で構成し、バリア層とキャップ層をG
aN で構成することで、より良好が効果が得られる。
く、井戸層をAlX1GaY1In1-X1-Y1N(0≦X1≦1,0≦Y1≦1,
0≦X1+Y1≦1)で構成し、バリア層をAlX2GaY2In1-X2-Y2N
(0≦X2≦1,0≦Y2≦1, 0≦X2+Y2≦1)で構成し、キャップ
層をAlX3GaY3In1-X3-Y3N(0≦X3≦1,0≦Y3≦1, 0≦X3+Y3
≦1)で構成することである。又、請求項３に記載の手段
の如く、井戸層をGaX4In1-X4N(0≦X4≦1)で構成し、バ
リア層をAlX2GaY2In1-X2-Y2N(0≦X2≦1,0≦Y2≦1,0≦X2
+Y2≦1)で構成すること、請求項４に記載の手段の如
く、井戸層をGaX5In1-X5N(0≦X5＜1)で構成し、バリア
層をAlX6Ga1-X6N(0≦X6≦1)で構成し、キャップ層をAl
X7Ga1-X7N(0≦X7≦1,X7≦X6)で構成すること、請求項５
に記載の手段の如く、井戸層をGaX5In1-X5N (0≦X5＜1)
で構成し、バリア層をAlX6Ga1-X6N(0≦X6≦1)で構成
し、キャップ層をGaX8In1-X8N(0＜X8≦1,X5＜X8)で構成
すること、請求項６に記載の手段の如く、井戸層をGaX9
In1-X9N(0＜X9＜1)で構成し、バリア層とキャップ層をG
aN で構成することで、より良好が効果が得られる。
【０００７】請求項７に記載の手段によれば、キャップ
層の厚さを、バリア層の形成温度への昇温が完了し、バ
リア層の形成開始時点において消滅できる厚さとするこ
とにより、井戸層の膜厚をより精度良く均一化できる。
請求項８に記載の手段によれば、キャップ層の成長速度
を１０Å／分以上としたので、結晶状態の良好な発光層
（井戸層）が得られるため、発光出力が弱かったり、発
光層の発光にムラが生じたりすることがない。成長速度
を１０Å／分以上とした理由は、キャップ層の結晶成長
温度下においても、Ｉｎが昇華し易い等の理由で、発光
層が結晶構造上不安定であるため、発光層を短い時間内
にキャップ層で覆う必要があるためである。この成長条
件は、青色発光に望ましい。請求項９に記載の手段によ
れば、キャップ層の成長速度を１５Å／分以上、３０Å
／分以下としたので、結晶状態の良好な発光層（井戸
層）が得られるため、発光出力が弱かったり、発光層の
発光にムラが生じたりすることがない。成長速度を１５
Å／分以上とした理由は、キャップ層の結晶成長温度下
においても、Ｉｎが昇華し易い等の理由で、発光層が結
晶構造上不安定であるため、発光層を短い時間内にキャ
ップ層で覆う必要があるためである。また、キャップ層
の成長速度が３０Å／分以上となると、キャップ層の結
晶成長速度が速過ぎ、キャップ層が均一に成長しにくく
なり、キャップ層の厚み若しくは構造にムラができ易く
なるため、キャップ層熱分解状態にもムラが生じ、これ
が発光強度の発光層内における空間的ムラの発生原因に
なったり、発光波長に色彩上望ましくないムラを生じさ
せる原因になったりする。このため、キャップ層の成長
速度は３０Å／分以下が望ましい。この成長条件は、緑
色発光に望ましい。また、緑色ＬＥＤを製造する場合の
方が、青色ＬＥＤを製造する場合よりもキャップ層の結
晶成長速度に対する条件が厳しくなる理由は、緑色ＬＥ
Ｄの井戸層のほうが、インジウム（Ｉｎ）の組成比が大
きいため、結晶構造上より不安定であるためである。
層の厚さを、バリア層の形成温度への昇温が完了し、バ
リア層の形成開始時点において消滅できる厚さとするこ
とにより、井戸層の膜厚をより精度良く均一化できる。
請求項８に記載の手段によれば、キャップ層の成長速度
を１０Å／分以上としたので、結晶状態の良好な発光層
（井戸層）が得られるため、発光出力が弱かったり、発
光層の発光にムラが生じたりすることがない。成長速度
を１０Å／分以上とした理由は、キャップ層の結晶成長
温度下においても、Ｉｎが昇華し易い等の理由で、発光
層が結晶構造上不安定であるため、発光層を短い時間内
にキャップ層で覆う必要があるためである。この成長条
件は、青色発光に望ましい。請求項９に記載の手段によ
れば、キャップ層の成長速度を１５Å／分以上、３０Å
／分以下としたので、結晶状態の良好な発光層（井戸
層）が得られるため、発光出力が弱かったり、発光層の
発光にムラが生じたりすることがない。成長速度を１５
Å／分以上とした理由は、キャップ層の結晶成長温度下
においても、Ｉｎが昇華し易い等の理由で、発光層が結
晶構造上不安定であるため、発光層を短い時間内にキャ
ップ層で覆う必要があるためである。また、キャップ層
の成長速度が３０Å／分以上となると、キャップ層の結
晶成長速度が速過ぎ、キャップ層が均一に成長しにくく
なり、キャップ層の厚み若しくは構造にムラができ易く
なるため、キャップ層熱分解状態にもムラが生じ、これ
が発光強度の発光層内における空間的ムラの発生原因に
なったり、発光波長に色彩上望ましくないムラを生じさ
せる原因になったりする。このため、キャップ層の成長
速度は３０Å／分以下が望ましい。この成長条件は、緑
色発光に望ましい。また、緑色ＬＥＤを製造する場合の
方が、青色ＬＥＤを製造する場合よりもキャップ層の結
晶成長速度に対する条件が厳しくなる理由は、緑色ＬＥ
Ｄの井戸層のほうが、インジウム（Ｉｎ）の組成比が大
きいため、結晶構造上より不安定であるためである。
【０００８】
【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１上に形成
された３族窒化物半導体で形成された発光素子１０の模
式的な断面構成図である。基板１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２が設けら
れ、その上にはシリコン(Si)ドープのGaN から成る膜厚
約4.0 μｍの高キャリア濃度層３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１上に形成
された３族窒化物半導体で形成された発光素子１０の模
式的な断面構成図である。基板１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２が設けら
れ、その上にはシリコン(Si)ドープのGaN から成る膜厚
約4.0 μｍの高キャリア濃度層３が形成されている。
【０００９】そして、高キャリア濃度層３の上に膜厚約
35ÅのGaN から成るバリア層５１と膜厚約35ÅのIn0.20
Ga0.80N から成る井戸層５２とが交互に積層されたＭＱ
Ｗ構造の発光層５が形成されている。バリア層５１は６
層、井戸層５２は５層で構成されている。発光層５の上
にはｐ型Al0.15Ga0.85N から成る膜厚約50nmのクラッド
層６が形成されている。さらに、クラッド層６の上には
ｐ型GaN から成る膜厚約100nm のコンタクト層７が形成
されている。
35ÅのGaN から成るバリア層５１と膜厚約35ÅのIn0.20
Ga0.80N から成る井戸層５２とが交互に積層されたＭＱ
Ｗ構造の発光層５が形成されている。バリア層５１は６
層、井戸層５２は５層で構成されている。発光層５の上
にはｐ型Al0.15Ga0.85N から成る膜厚約50nmのクラッド
層６が形成されている。さらに、クラッド層６の上には
ｐ型GaN から成る膜厚約100nm のコンタクト層７が形成
されている。
【００１０】又、コンタクト層７の上には金属蒸着によ
る透光性の電極９が、高キャリア濃度層３上には電極８
が形成されている。透光性の電極９は、コンタクト層７
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８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。
る透光性の電極９が、高キャリア濃度層３上には電極８
が形成されている。透光性の電極９は、コンタクト層７
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８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。
【００１１】次に、この発光素子１０の製造方法につい
て説明する。上記発光素子１０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「CP
2Mg 」と記す）である。
て説明する。上記発光素子１０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「CP
2Mg 」と記す）である。
【００１２】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１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11
00℃で基板１をベーキングした。次に、温度を400 ℃ま
で低下させて、H2を20liter/分、NH3 を10liter/分、TM
A を1.8 ×10-5モル／分で供給してAlN から成るバッフ
ァ層２を約25nmの膜厚に形成した。次に、基板１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層３を形成した。
ａ面を主面とした単結晶の基板１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11
00℃で基板１をベーキングした。次に、温度を400 ℃ま
で低下させて、H2を20liter/分、NH3 を10liter/分、TM
A を1.8 ×10-5モル／分で供給してAlN から成るバッフ
ァ層２を約25nmの膜厚に形成した。次に、基板１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層３を形成した。
【００１３】上記の高キャリア濃度層３を形成した後、
図２に模式的に示す方法によりＭＱＷ構造の発光層５を
形成した。まず、基板１の温度を900 ℃にして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
５１を形成した。次に、基板１の温度を600 ℃まで低下
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35ÅのIn0.20Ga0.80N から成る井戸層５２を
形成した。次に、基板１の温度を600 ℃に保持し、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 から成るキャ
ップ層５３を形成した（図２（ａ）参照）。そして、基
板１の温度を600 ℃から900 ℃に昇温する。この昇温の
過程でキャップ層５３が熱分解により消失する（図２
（ｂ）参照）。基板１の温度が900 ℃になった時点で、
井戸層５２上に次のバリア層５１を上記条件にて形成し
た（第５の工程、図２（ｃ）参照）。図２に示される方
法により、バリア層５１と井戸層５２を５周期形成し、
その上にGaN から成るバリア層５１を形成した。このよ
うにして５周期のＭＱＷ構造の発光層５を形成した。
図２に模式的に示す方法によりＭＱＷ構造の発光層５を
形成した。まず、基板１の温度を900 ℃にして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
５１を形成した。次に、基板１の温度を600 ℃まで低下
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35ÅのIn0.20Ga0.80N から成る井戸層５２を
形成した。次に、基板１の温度を600 ℃に保持し、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 から成るキャ
ップ層５３を形成した（図２（ａ）参照）。そして、基
板１の温度を600 ℃から900 ℃に昇温する。この昇温の
過程でキャップ層５３が熱分解により消失する（図２
（ｂ）参照）。基板１の温度が900 ℃になった時点で、
井戸層５２上に次のバリア層５１を上記条件にて形成し
た（第５の工程、図２（ｃ）参照）。図２に示される方
法により、バリア層５１と井戸層５２を５周期形成し、
その上にGaN から成るバリア層５１を形成した。このよ
うにして５周期のＭＱＷ構造の発光層５を形成した。
【００１４】次に、基板１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 ×1019
/cm3のマグネシウム(Mg)をドープしたｐ型Al0.15Ga0.85
N から成るクラッド層６を形成した。次に、基板１の温
度を1100℃に保持し、N2又はH2を20liter/分、NH3 を10
liter/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/c
m3のMgをドープしたｐ型GaN から成るコンタクト層７を
形成した。
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 ×1019
/cm3のマグネシウム(Mg)をドープしたｐ型Al0.15Ga0.85
N から成るクラッド層６を形成した。次に、基板１の温
度を1100℃に保持し、N2又はH2を20liter/分、NH3 を10
liter/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/c
m3のMgをドープしたｐ型GaN から成るコンタクト層７を
形成した。
【００１５】次に、コンタクト層７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７、クラッド層６、発光層５及び高キャリア濃度層
３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、高キャリア濃度層３の表面を露
出させた。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
り高キャリア濃度層３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。
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７、クラッド層６、発光層５及び高キャリア濃度層
３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、高キャリア濃度層３の表面を露
出させた。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
り高キャリア濃度層３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。
【００１６】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７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７を露出させる。露出させたコンタクト層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７に対する透光性の電極９を形成する。
し、フォトリソグラフによりコンタクト層７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７を露出させる。露出させたコンタクト層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７に対する透光性の電極９を形成する。
【００１７】この後、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７、クラッド層６をｐ型低抵抗化すると共にコンタク
ト層７と電極９との合金化処理、高キャリア濃度層３と
電極８との合金化処理を行った。このようにして、高キ
ャリア濃度層３に対する電極８とコンタクト層７に対す
る電極９を形成した。
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７、クラッド層６をｐ型低抵抗化すると共にコンタク
ト層７と電極９との合金化処理、高キャリア濃度層３と
電極８との合金化処理を行った。このようにして、高キ
ャリア濃度層３に対する電極８とコンタクト層７に対す
る電極９を形成した。
【００１８】上記に示されるように、井戸層５２上にキ
ャップ層５３を形成した後にバリア層５１を形成するこ
とにより、昇温過程でキャップ層５３が熱分解して除去
されるが、井戸層５２はダメージを受けることがないの
で、各井戸層５２の結晶性を損なうことなく、均一な膜
厚を形成することができる。これにより、不要な発光中
心の発生を防止でき、発光効率を向上させることができ
る。
ャップ層５３を形成した後にバリア層５１を形成するこ
とにより、昇温過程でキャップ層５３が熱分解して除去
されるが、井戸層５２はダメージを受けることがないの
で、各井戸層５２の結晶性を損なうことなく、均一な膜
厚を形成することができる。これにより、不要な発光中
心の発生を防止でき、発光効率を向上させることができ
る。
【００１９】青色ＬＥＤについては、キャップ層５３の
成長速度を各種変化させた試料を多数作成し、それぞれ
発光出力を測定した。その結果を図３に示す。図３から
も判るように、キャップ層の結晶成長速度を１０Å／分
以上にすると、結晶状態の良好な発光層（井戸層）が得
られるため、発光出力が弱かったり、発光層の発光にム
ラが生じたりすることがなく、望ましいＬＥＤが製造で
きる。より望ましくは、キャップ層の結晶成長速度を１
２Å／分以上にすると、最も高い発光出力が得られる。
また、緑色ＬＥＤについても、キャップ層５３の成長速
度を各種変化させた試料を多数作成し、それぞれ発光出
力を測定した。その結果を図４に示す。図４からも判る
ように、キャップ層の結晶成長速度を１５〜３０Å／分
にすると、結晶状態の良好な発光層（井戸層）が得られ
るため、発光出力が弱かったり、発光層の発光にムラが
生じたりすることがなく、望ましいＬＥＤが製造でき
る。より望ましくは、キャップ層の結晶成長速度を２０
〜２５Å／分にすると、最も高い発光出力が得られる。
例えば、上記の実施例において、キャップ層の結晶成長
速度を１０〜３０Å／分とするためには、井戸層５２を
形成後基板１の温度を600 ℃に保持し、N2又はH2を１５
〜２３liter/分、NH3 を８〜１２liter/分、TMG を８×
10-6〜2.4 ×10-5モル／分の割合で供給すればよい。
成長速度を各種変化させた試料を多数作成し、それぞれ
発光出力を測定した。その結果を図３に示す。図３から
も判るように、キャップ層の結晶成長速度を１０Å／分
以上にすると、結晶状態の良好な発光層（井戸層）が得
られるため、発光出力が弱かったり、発光層の発光にム
ラが生じたりすることがなく、望ましいＬＥＤが製造で
きる。より望ましくは、キャップ層の結晶成長速度を１
２Å／分以上にすると、最も高い発光出力が得られる。
また、緑色ＬＥＤについても、キャップ層５３の成長速
度を各種変化させた試料を多数作成し、それぞれ発光出
力を測定した。その結果を図４に示す。図４からも判る
ように、キャップ層の結晶成長速度を１５〜３０Å／分
にすると、結晶状態の良好な発光層（井戸層）が得られ
るため、発光出力が弱かったり、発光層の発光にムラが
生じたりすることがなく、望ましいＬＥＤが製造でき
る。より望ましくは、キャップ層の結晶成長速度を２０
〜２５Å／分にすると、最も高い発光出力が得られる。
例えば、上記の実施例において、キャップ層の結晶成長
速度を１０〜３０Å／分とするためには、井戸層５２を
形成後基板１の温度を600 ℃に保持し、N2又はH2を１５
〜２３liter/分、NH3 を８〜１２liter/分、TMG を８×
10-6〜2.4 ×10-5モル／分の割合で供給すればよい。
【００２０】本実施例ではバリア層５１の組成をGaN と
したが、AlX2GaY2In1-X2-Y2N(0≦X2≦1,0≦Y2≦1,0≦X2
+Y2≦1)を満たしていればよい。又、井戸層５２の組成
をIn0.20Ga0.80Nとしたが、AlX1GaY1In1-X1-Y1N(0≦X1
≦1,0≦Y1≦1, 0≦X1+Y1≦1)を満たしていればよい。例
えば、井戸層５２をGaX4In1-X4N (0≦X4≦1)で構成し、
バリア層５１をAlX2GaY2In1-X2-Y2N(0≦X2≦1,0≦Y2≦
1, 0≦X2+Y2≦1)で構成してもよい。又、キャップ層５
３の組成をGaNとしたが、AlX3GaY3In1-X3-Y3N(0≦X3≦
1,0≦Y3≦1,0≦X3+Y3≦1)を満たしていればよい。例え
ば、井戸層５２をGaX5In1-X5N(0≦X5＜1)で構成し、バ
リア層５１をAlX6Ga1-X6N(0≦X6≦1)で構成し、キャッ
プ層５３をAlX7Ga1-X7N(0≦X7≦1,X7≦X6)で構成しても
よい。又、井戸層５２をGaX5In1-X5N(0≦X5＜1)で構成
し、バリア層５１をAlX6Ga1-X6N(0≦X6≦1)で構成し、
キャップ層５３をGaX8In1-X8N(0＜X8≦1,X5＜X8)で構成
してもよく、井戸層５２をGaX9In1-X9N(0＜X9＜1)で構
成し、バリア層５１とキャップ層５３をGaNで構成して
もよい。又、本実施例では、キャップ層５３は昇温の過
程で熱分解により消失する厚さにしたが、これより厚く
てもよい。この場合には、バリア層５１形成温度に達し
た後、キャップ層５３が消失するまでその温度を保持す
ればよい。又、本実施例では、発光素子１０の発光層５
をＭＱＷ構造としたが、ＳＱＷ構造でもよい。又、本実
施例では、キャップ層５３の形成時の温度を井戸層５２
の形成温度と同一の600 ℃にしたが、600 〜650 ℃の範
囲で形成してもよい。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。
したが、AlX2GaY2In1-X2-Y2N(0≦X2≦1,0≦Y2≦1,0≦X2
+Y2≦1)を満たしていればよい。又、井戸層５２の組成
をIn0.20Ga0.80Nとしたが、AlX1GaY1In1-X1-Y1N(0≦X1
≦1,0≦Y1≦1, 0≦X1+Y1≦1)を満たしていればよい。例
えば、井戸層５２をGaX4In1-X4N (0≦X4≦1)で構成し、
バリア層５１をAlX2GaY2In1-X2-Y2N(0≦X2≦1,0≦Y2≦
1, 0≦X2+Y2≦1)で構成してもよい。又、キャップ層５
３の組成をGaNとしたが、AlX3GaY3In1-X3-Y3N(0≦X3≦
1,0≦Y3≦1,0≦X3+Y3≦1)を満たしていればよい。例え
ば、井戸層５２をGaX5In1-X5N(0≦X5＜1)で構成し、バ
リア層５１をAlX6Ga1-X6N(0≦X6≦1)で構成し、キャッ
プ層５３をAlX7Ga1-X7N(0≦X7≦1,X7≦X6)で構成しても
よい。又、井戸層５２をGaX5In1-X5N(0≦X5＜1)で構成
し、バリア層５１をAlX6Ga1-X6N(0≦X6≦1)で構成し、
キャップ層５３をGaX8In1-X8N(0＜X8≦1,X5＜X8)で構成
してもよく、井戸層５２をGaX9In1-X9N(0＜X9＜1)で構
成し、バリア層５１とキャップ層５３をGaNで構成して
もよい。又、本実施例では、キャップ層５３は昇温の過
程で熱分解により消失する厚さにしたが、これより厚く
てもよい。この場合には、バリア層５１形成温度に達し
た後、キャップ層５３が消失するまでその温度を保持す
ればよい。又、本実施例では、発光素子１０の発光層５
をＭＱＷ構造としたが、ＳＱＷ構造でもよい。又、本実
施例では、キャップ層５３の形成時の温度を井戸層５２
の形成温度と同一の600 ℃にしたが、600 〜650 ℃の範
囲で形成してもよい。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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の具体的な実施例に係わるGaN 系化合物
半導体の製造方法を用いて得られた発光素子の構成を示
した模式図。
半導体の製造方法を用いて得られた発光素子の構成を示
した模式図。
【図２】本発明の具体的な実施例に係わるGaN 系化合物
半導体の製造方法を示した模式図。
半導体の製造方法を示した模式図。
【図３】本発明を適用して試作した青色ＬＥＤ用半導体
発光素子のキャップ層の結晶成長速度を変えて測定した
発光出力の測定結果を示すグラフ。
発光素子のキャップ層の結晶成長速度を変えて測定した
発光出力の測定結果を示すグラフ。
【図４】本発明を適用して試作した緑色ＬＥＤ用半導体
発光素子のキャップ層の結晶成長速度を変えて測定した
発光出力の測定結果を示すグラフ。
発光素子のキャップ層の結晶成長速度を変えて測定した
発光出力の測定結果を示すグラフ。
１ サファイア基板 ２ バッファ層 ３ 高キャリア濃度層 ５ 発光層 ５１ バリア層 ５２ 井戸層 ５３ キャップ層 ６ クラッド層 ７ コンタクト層 ８ 電極 ９ 透光性電極 １０ 発光素子
───────────────────────────────────────────────────── 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 浅井 誠 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 澤崎 勝久 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 兼山 直樹 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 (9)
- 【請求項１】 ３族窒化物半導体から成る井戸層とバリ
ア層との積層構造を少なくとも１周期有する量子井戸構
造を有した３族窒化物半導体の製造方法において、 前記井戸層の形成後に、前記井戸層の形成温度付近で前
記井戸層よりバンドギャップが広く、前記バリア層と同
じ若しくは狭いバンドギャップを有するキャップ層を形
成し、 その後、前記バリア層の形成時の温度まで昇温する過程
において熱分解により前記キャップ層を除去し、前記井
戸層上に前記バリア層を形成することを特徴とする３族
窒化物半導体素子の製造方法。 - 【請求項２】 前記井戸層がAlX1GaY1In1-X1-Y1N(0≦X1
≦1,0≦Y1≦1,0≦X1+Y1≦1)から成り、前記バリア層がA
lX2GaY2In1-X2-Y2N(0≦X2≦1,0≦Y2≦1,0≦X2+Y2≦1)か
ら成り、前記キャップ層がAlX3GaY3In1-X3-Y3N(0≦X3≦
1,0≦Y3≦1,0≦X3+Y3≦1) から成ることを特徴する請求
項１に記載の３族窒化物半導体素子の製造方法。 - 【請求項３】 前記井戸層がGaX4In1-X4N (0≦X4≦1)か
ら成り、前記バリア層がAlX2GaY2In1-X2-Y2N(0≦X2≦1,
0≦Y2≦1, 0≦X2+Y2≦1)から成ることを特徴とする請求
項２に記載の３族窒化物半導体素子の製造方法。 - 【請求項４】 前記井戸層がGaX5In1-X5N (0≦X5＜1)か
ら成り、前記バリア層がAlX6Ga1-X6N(0≦X6≦1)から成
り、前記キャップ層がAlX7Ga1-X7N(0≦X7≦1,X7≦X6)
から成ることを特徴とする請求項２に記載の３族窒化物
半導体素子の製造方法。 - 【請求項５】 前記井戸層がGaX5In1-X5N (0≦X5＜1)か
ら成り、前記バリア層がAlX6Ga1-X6N(0≦X6≦1)から成
り、前記キャップ層がGaX8In1-X8N(0＜X8≦1,X5＜X8)
から成ることを特徴を特徴とする請求項２に記載の３族
窒化物半導体素子の製造方法。 - 【請求項６】 前記井戸層がGaX9In1-X9N (0＜X9＜1)か
ら成り、前記バリア層と前記キャップ層がGaN から成る
ことを特徴とする請求項２に記載の３族窒化物半導体素
地の製造方法。 - 【請求項７】 前記キャップ層の厚さは、前記バリア層
の形成温度への昇温が完了し、前記バリア層の形成開始
時点において消滅できる厚さであることを特徴とする請
求項１乃至６のいずれか１項に記載の３族窒化物半導体
素子の製造方法。 - 【請求項８】 前記キャップ層の結晶成長速度は、１０
Å／分以上であることを特徴とする請求項１乃至７のい
ずれか１項に記載の３族窒化物半導体素子の製造方法。 - 【請求項９】 前記キャップ層の結晶成長速度は、１５
Å／分以上、３０Å／分以下であることを特徴とする請
求項１乃至８のいずれか１項に記載の３族窒化物半導体
素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4455198A JP3646502B2 (ja) | 1997-06-13 | 1998-02-09 | ３族窒化物半導体素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9-173033 | 1997-06-13 | ||
| JP17303397 | 1997-06-13 | ||
| JP4455198A JP3646502B2 (ja) | 1997-06-13 | 1998-02-09 | ３族窒化物半導体素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1168159A true JPH1168159A (ja) | 1999-03-09 |
| JP3646502B2 JP3646502B2 (ja) | 2005-05-11 |
Family
ID=26384492
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4455198A Expired - Fee Related JP3646502B2 (ja) | 1997-06-13 | 1998-02-09 | ３族窒化物半導体素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3646502B2 (ja) |
Cited By (9)
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| CN110957403A (zh) * | 2019-12-24 | 2020-04-03 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 一种led外延结构生长方法 |
-
1998
- 1998-02-09 JP JP4455198A patent/JP3646502B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2006279025A (ja) * | 2005-03-25 | 2006-10-12 | Univ Of Tokushima | 非極性ａ面窒化ガリウム単結晶の製造方法 |
| JP2006310819A (ja) * | 2005-03-31 | 2006-11-09 | Showa Denko Kk | 窒化ガリウム系化合物半導体積層物およびその製造方法 |
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