JPH1174560A - ＧａＮ系化合物半導体発光素子およびその製造方法 - Google Patents
ＧａＮ系化合物半導体発光素子およびその製造方法Info
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- JPH1174560A JPH1174560A JP23439097A JP23439097A JPH1174560A JP H1174560 A JPH1174560 A JP H1174560A JP 23439097 A JP23439097 A JP 23439097A JP 23439097 A JP23439097 A JP 23439097A JP H1174560 A JPH1174560 A JP H1174560A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 結晶性が極めて優れたＧａＮ系化合物半導体
層を形成することにより、発光特性や電気的特性の向上
が図られたＧａＮ系化合物半導体発光素子およびその製
造方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 基板と、前記基板上に設けられ、燐
（Ｐ）および砒素（Ａｓ）のうちの少なくともいずれか
を含む化合物半導体からなるバッファ層と、前記バッフ
ァ層上に設けられたＧａＮ系化合物半導体からなる発光
層と、を備えたことを特徴とするものして構成すること
により、基板とＧａＮ系化合物半導体層の間で生ずる格
子不整合に起因する歪みを緩和して、結晶性の良好なＧ
ａＮ系化合物半導体層からなる発光素子を提供すること
ができる。
層を形成することにより、発光特性や電気的特性の向上
が図られたＧａＮ系化合物半導体発光素子およびその製
造方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 基板と、前記基板上に設けられ、燐
（Ｐ）および砒素（Ａｓ）のうちの少なくともいずれか
を含む化合物半導体からなるバッファ層と、前記バッフ
ァ層上に設けられたＧａＮ系化合物半導体からなる発光
層と、を備えたことを特徴とするものして構成すること
により、基板とＧａＮ系化合物半導体層の間で生ずる格
子不整合に起因する歪みを緩和して、結晶性の良好なＧ
ａＮ系化合物半導体層からなる発光素子を提供すること
ができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はＧａＮ系化合物半導
体に関し、特にＧａＮ系化合物半導体発光素子およびそ
の製造方法に関するものである。
体に関し、特にＧａＮ系化合物半導体発光素子およびそ
の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＮ系化合物半導体の単結晶は直接遷
移型バンド構造を有するため、高効率の発光が期待され
る。ここで、本明細書において「ＧａＮ系化合物半導
体」とは、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１，０≦
ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１）なる化学式において組成比ｘ及び
ｙをそれぞれの範囲内で変化させたすべての組成の半導
体を含むものとする。例えば、ＩｎＡｌＮ（ｘ＝０．
４、ｙ＝０．６）も「ＧａＮ系化合物半導体」に含まれ
るものとする。さらに、本明細書における「ＧａＮ系化
合物半導体」とは、上述した化学式により表される化合
物に対して、燐（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、およびドーパン
トとなる不純物元素のいずれかを添加した化合物半導体
も含むものとする。
移型バンド構造を有するため、高効率の発光が期待され
る。ここで、本明細書において「ＧａＮ系化合物半導
体」とは、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１，０≦
ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１）なる化学式において組成比ｘ及び
ｙをそれぞれの範囲内で変化させたすべての組成の半導
体を含むものとする。例えば、ＩｎＡｌＮ（ｘ＝０．
４、ｙ＝０．６）も「ＧａＮ系化合物半導体」に含まれ
るものとする。さらに、本明細書における「ＧａＮ系化
合物半導体」とは、上述した化学式により表される化合
物に対して、燐（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、およびドーパン
トとなる不純物元素のいずれかを添加した化合物半導体
も含むものとする。
【０００３】ＧａＮ系化合物半導体は、室温でのバンド
ギャップが６．２ｅＶから２．０ｅＶまで変化可能であ
るため、可視領域で発光する発光素子を製作する上で極
めて有望な材料である。しかしながら、ＧａＮ単結晶は
融点が高く、また、成長温度近傍での窒素の平衡蒸気圧
が高いため、融点からバルク単結晶を成長させることは
困難であり、格子整合する基板が存在しなかった。この
ため、ＧａＮ系化合物半導体発光素子、例えばｎ型Ｇａ
Ｎ層、発光層のＩｎＧａＮ層、ｐ型ＧａＮ層を順次積層
した素子を製造するにあたり、従来はサファイア基板や
ＧａＮ基板などが主に用いられていた。
ギャップが６．２ｅＶから２．０ｅＶまで変化可能であ
るため、可視領域で発光する発光素子を製作する上で極
めて有望な材料である。しかしながら、ＧａＮ単結晶は
融点が高く、また、成長温度近傍での窒素の平衡蒸気圧
が高いため、融点からバルク単結晶を成長させることは
困難であり、格子整合する基板が存在しなかった。この
ため、ＧａＮ系化合物半導体発光素子、例えばｎ型Ｇａ
Ｎ層、発光層のＩｎＧａＮ層、ｐ型ＧａＮ層を順次積層
した素子を製造するにあたり、従来はサファイア基板や
ＧａＮ基板などが主に用いられていた。
【０００４】これらの基板のうちで、サファイア基板は
融点が約２０２０℃と高く、耐熱性が良好であるが、Ｇ
ａＮとの間で格子不整合が生ずる。そこで、この格子不
整合による結晶性の劣化を防ぐために、ＡｌxＧａ1-xＮ
（０≦ｘ≦１）を低温成長したバッファ層を形成し、そ
の上に所定の素子構造が積層されていた。
融点が約２０２０℃と高く、耐熱性が良好であるが、Ｇ
ａＮとの間で格子不整合が生ずる。そこで、この格子不
整合による結晶性の劣化を防ぐために、ＡｌxＧａ1-xＮ
（０≦ｘ≦１）を低温成長したバッファ層を形成し、そ
の上に所定の素子構造が積層されていた。
【０００５】一方、ＧａＮ基板は、特開平７−９４７８
４号公報に開示されているように、サファイア基板の上
にＧａＮ単結晶を成長した後に、サファイア基板を除去
することによって得られ、この上に所定の素子構造が積
層されていた。
４号公報に開示されているように、サファイア基板の上
にＧａＮ単結晶を成長した後に、サファイア基板を除去
することによって得られ、この上に所定の素子構造が積
層されていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来、これら
の基板を用いた場合には、以下に説明するような問題が
あった。まず、サファイア基板を用いた場合の問題につ
いて説明する。ＧａＮ層は導電性が低いために、発光素
子全体に電流を拡散させるためには、バッファ層の上に
厚さ４ミクロン以上のｎ型ＧａＮ層を成長する必要があ
る。しかし、上述したようにサファイア基板とＧａＮと
の格子不整合は非常に大きいために、バッファ層による
結晶性の改善には限度がある。すなわち、ｎ型ＧａＮ層
を厚く成長するほどその結晶性は劣化し、その上に積層
する発光層の結晶性も劣化する。その結果として、高効
率の発光素子が得られにくく、その電気的特性の信頼性
も低下しやすいという問題があった。
の基板を用いた場合には、以下に説明するような問題が
あった。まず、サファイア基板を用いた場合の問題につ
いて説明する。ＧａＮ層は導電性が低いために、発光素
子全体に電流を拡散させるためには、バッファ層の上に
厚さ４ミクロン以上のｎ型ＧａＮ層を成長する必要があ
る。しかし、上述したようにサファイア基板とＧａＮと
の格子不整合は非常に大きいために、バッファ層による
結晶性の改善には限度がある。すなわち、ｎ型ＧａＮ層
を厚く成長するほどその結晶性は劣化し、その上に積層
する発光層の結晶性も劣化する。その結果として、高効
率の発光素子が得られにくく、その電気的特性の信頼性
も低下しやすいという問題があった。
【０００７】また、サファイア基板は絶縁体であるため
に、サファイア上に作製した発光素子では、積層した半
導体層の側にｐ側、ｎ側双方の電極コンタクトをとる必
要がある。このため、成長層の一部分をｐ型ＧａＮ層ま
でエッチングし、同一面側から、ｎ型ＧａＮ層、ｐ型Ｇ
ａＮ層に電極を形成することによって発光素子を構成す
るということが行われている。しかし、この方法では光
の取り出し面側に電極が２カ所形成されるため、光取り
出し部の面積を縮小せざるを得ないという問題もある。
このため、リードフレームへの載置の上下を逆にし、透
光性基板であるサファイア面を光の取り出し面とする構
成も発光装置も提案されている。しかしながら、このよ
うな構成の発光装置においては、電極をとるためのリー
ドフレーム間の間隔を狭くすることが困難であるため、
チップサイズが大きくなり、１枚当たりのウエハから取
れるチップの数が少なくなるという新たな問題が生じ
る。さらに、リードフレーム間の細かい位置設定が必要
であるために量産性が低下するとともに、半田のはみ出
しなどにより短絡が生じやすくなるなどの問題もあっ
た。
に、サファイア上に作製した発光素子では、積層した半
導体層の側にｐ側、ｎ側双方の電極コンタクトをとる必
要がある。このため、成長層の一部分をｐ型ＧａＮ層ま
でエッチングし、同一面側から、ｎ型ＧａＮ層、ｐ型Ｇ
ａＮ層に電極を形成することによって発光素子を構成す
るということが行われている。しかし、この方法では光
の取り出し面側に電極が２カ所形成されるため、光取り
出し部の面積を縮小せざるを得ないという問題もある。
このため、リードフレームへの載置の上下を逆にし、透
光性基板であるサファイア面を光の取り出し面とする構
成も発光装置も提案されている。しかしながら、このよ
うな構成の発光装置においては、電極をとるためのリー
ドフレーム間の間隔を狭くすることが困難であるため、
チップサイズが大きくなり、１枚当たりのウエハから取
れるチップの数が少なくなるという新たな問題が生じ
る。さらに、リードフレーム間の細かい位置設定が必要
であるために量産性が低下するとともに、半田のはみ出
しなどにより短絡が生じやすくなるなどの問題もあっ
た。
【０００８】次に、ＧａＮ基板を用いた場合の問題につ
いて説明する。表１は、種々のＩｎ組成を有するＩｎＧ
ａＮ層について、そのバンド端波長、格子定数、および
ＧａＮ基板との格子不整合率をそれぞれ示したものであ
る。
いて説明する。表１は、種々のＩｎ組成を有するＩｎＧ
ａＮ層について、そのバンド端波長、格子定数、および
ＧａＮ基板との格子不整合率をそれぞれ示したものであ
る。
【０００９】
【表１】 同表から分かるように、Ｉｎ組成を１０％以上とする
と、ＩｎＧａＮ層との格子不整合率は１％を超え、Ｉｎ
ＧａＮ層の結晶性が大幅に劣化するために、高効率の発
光素子を得ることができないという問題があった。
と、ＩｎＧａＮ層との格子不整合率は１％を超え、Ｉｎ
ＧａＮ層の結晶性が大幅に劣化するために、高効率の発
光素子を得ることができないという問題があった。
【００１０】一方、前述したサファイア基板やＧａＮ基
板は、いずれも結晶の硬度が高いために、へき開が困難
で、チップの切り出し工程における歩留まりは高々７０
％程度と低いものであるという問題もあった。
板は、いずれも結晶の硬度が高いために、へき開が困難
で、チップの切り出し工程における歩留まりは高々７０
％程度と低いものであるという問題もあった。
【００１１】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
ものである。すなわち、その目的は、結晶性が極めて優
れたＧａＮ系化合物半導体層を形成することにより、発
光特性や電気的特性の向上が図られたＧａＮ系化合物半
導体発光素子およびその製造方法を提供することにあ
る。
ものである。すなわち、その目的は、結晶性が極めて優
れたＧａＮ系化合物半導体層を形成することにより、発
光特性や電気的特性の向上が図られたＧａＮ系化合物半
導体発光素子およびその製造方法を提供することにあ
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために、本発明によるＧａＮ系化合物半導体発光素子
は、基板と、前記基板上に設けられ、燐（Ｐ）および砒
素（Ａｓ）のうちの少なくともいずれかを含む化合物半
導体からなるバッファ層と、前記バッファ層上に設けら
れたＧａＮ系化合物半導体からなる発光層と、を備えた
ことを特徴とするものして構成され、基板とＧａＮ系化
合物半導体層の間で生ずる格子不整合に起因する歪みを
緩和して、結晶性の良好なＧａＮ系化合物半導体層から
なる発光素子を提供することができる。
ために、本発明によるＧａＮ系化合物半導体発光素子
は、基板と、前記基板上に設けられ、燐（Ｐ）および砒
素（Ａｓ）のうちの少なくともいずれかを含む化合物半
導体からなるバッファ層と、前記バッファ層上に設けら
れたＧａＮ系化合物半導体からなる発光層と、を備えた
ことを特徴とするものして構成され、基板とＧａＮ系化
合物半導体層の間で生ずる格子不整合に起因する歪みを
緩和して、結晶性の良好なＧａＮ系化合物半導体層から
なる発光素子を提供することができる。
【００１３】さらに、前記バッファ層と前記発光層との
間に、燐（Ｐ）および砒素（Ａｓ）のうちの少なくとも
いずれかを含む化合物半導体からなる単結晶層を設ける
ことにより、より結晶性の良好なＧａＮ系化合物半導体
層からなる発光素子を提供することができる。
間に、燐（Ｐ）および砒素（Ａｓ）のうちの少なくとも
いずれかを含む化合物半導体からなる単結晶層を設ける
ことにより、より結晶性の良好なＧａＮ系化合物半導体
層からなる発光素子を提供することができる。
【００１４】また、前記バッファや前記単結晶層の材料
としては、組成式ＧａＮ1-x1-y1Ｐx 1Ａｓy1（ここで、
０＜ｘ1＋ｙ1＜１、０≦ｘ1、０≦ｙ1）により表される
化合物半導体を採用することが望ましい。
としては、組成式ＧａＮ1-x1-y1Ｐx 1Ａｓy1（ここで、
０＜ｘ1＋ｙ1＜１、０≦ｘ1、０≦ｙ1）により表される
化合物半導体を採用することが望ましい。
【００１５】さらに、前記発光層は、ＩｎＧａＮからな
り、前記バッファ層は、前記発光層と格子整合する材料
からなるものとすることが望ましい。
り、前記バッファ層は、前記発光層と格子整合する材料
からなるものとすることが望ましい。
【００１６】一方、前記発光層は、組成式ＩｎzＧａ1-z
Ｎ（ここで、０＜ｚ＜１）により表される化合物半導体
からなり、前記バッファ層または前記単結晶層のうちの
少なくともいずれかは、組成式ＧａＮ1-xＰx（ここで、
０＜ｘ≦１）またはＧａＮ1- yＡｓy（ここで、０＜ｙ≦
１）のうちのいずれかにより表される化合物半導体から
なり、前記組成式における組成ｚと、組成ｘまたは組成
ｙとが次式：（351／317）ｚ−0.0317≦ｘ≦（351／31
7）ｚ＋0.0317または（351／400）ｚ−0.04≦ｙ≦（351
／400）ｚ＋0.04で表される関係を満足するものとして
構成することにより、格子歪みを顕著に緩和することが
できるようになる。
Ｎ（ここで、０＜ｚ＜１）により表される化合物半導体
からなり、前記バッファ層または前記単結晶層のうちの
少なくともいずれかは、組成式ＧａＮ1-xＰx（ここで、
０＜ｘ≦１）またはＧａＮ1- yＡｓy（ここで、０＜ｙ≦
１）のうちのいずれかにより表される化合物半導体から
なり、前記組成式における組成ｚと、組成ｘまたは組成
ｙとが次式：（351／317）ｚ−0.0317≦ｘ≦（351／31
7）ｚ＋0.0317または（351／400）ｚ−0.04≦ｙ≦（351
／400）ｚ＋0.04で表される関係を満足するものとして
構成することにより、格子歪みを顕著に緩和することが
できるようになる。
【００１７】あるいは、前記バッファ層または前記単結
晶層のうちの少なくともいずれかは、組成式ＧａＮ
1-wx-(1-w)yＰwxＡｓ(1-w)y（ここで、０≦ｗ≦１、０
≦ｘ≦１、および０≦ｙ≦１）により表される化合物半
導体からなり、前記組成式における組成比ｘまたは組成
比ｙとが前式で表される関係を満足するものとして構成
しても同様に好適である。
晶層のうちの少なくともいずれかは、組成式ＧａＮ
1-wx-(1-w)yＰwxＡｓ(1-w)y（ここで、０≦ｗ≦１、０
≦ｘ≦１、および０≦ｙ≦１）により表される化合物半
導体からなり、前記組成式における組成比ｘまたは組成
比ｙとが前式で表される関係を満足するものとして構成
しても同様に好適である。
【００１８】また、前記バッファ層と前記発光層との間
に積層させるＧａＮ系化合物半導体の厚さは０．２μｍ
以下とすることにより、発光層の格子歪みを抑制するこ
とができる。
に積層させるＧａＮ系化合物半導体の厚さは０．２μｍ
以下とすることにより、発光層の格子歪みを抑制するこ
とができる。
【００１９】さらに、前記基板は、サファイア、Ｚｎ
Ｏ、ＧａＡｓ、スピネル、ＳｉＣ、およびＳｉのいずれ
かの材料を採用することにより、簡易に高性能の発光素
子を得ることができる。
Ｏ、ＧａＡｓ、スピネル、ＳｉＣ、およびＳｉのいずれ
かの材料を採用することにより、簡易に高性能の発光素
子を得ることができる。
【００２０】一方、本発明による発光素子は、第１の電
極と、前記第１の電極の上に設けられ、燐（Ｐ）および
砒素（Ａｓ）のうちの少なくともいずれかを含む第１導
電型の化合物半導体からなり、前記第１の電極と接続さ
れた第１の層と、前記第１の層の上に設けられた第１導
電型のＧａＮ系化合物半導体からなる第２の層と、前記
第２の層の上に設けられたＧａＮ系化合物半導体からな
る発光層と、前記発光層の上に設けられた第２導電型の
ＧａＮ系化合物半導体からなる第３の層と、前記第３の
層の上に設けられた第２の電極とを備えたものして構成
することもでき、光の取り出し効率が向上するとともに
チップ面積を縮小することができるようになる。
極と、前記第１の電極の上に設けられ、燐（Ｐ）および
砒素（Ａｓ）のうちの少なくともいずれかを含む第１導
電型の化合物半導体からなり、前記第１の電極と接続さ
れた第１の層と、前記第１の層の上に設けられた第１導
電型のＧａＮ系化合物半導体からなる第２の層と、前記
第２の層の上に設けられたＧａＮ系化合物半導体からな
る発光層と、前記発光層の上に設けられた第２導電型の
ＧａＮ系化合物半導体からなる第３の層と、前記第３の
層の上に設けられた第２の電極とを備えたものして構成
することもでき、光の取り出し効率が向上するとともに
チップ面積を縮小することができるようになる。
【００２１】ここで、前記第１の層は、ＧａＮxＰyＡｓ
1-x-y（ここで、０＜ｘ＜１、０≦ｙ＜１、ｘ＋ｙ≦
１）からなるものして構成することが望ましい。
1-x-y（ここで、０＜ｘ＜１、０≦ｙ＜１、ｘ＋ｙ≦
１）からなるものして構成することが望ましい。
【００２２】また、前記第２の層は、ＧａＮからなり、
前記発光層は、ＩｎzＧａ1-zＮ（ここで、０＜ｚ≦１）
からなり、前記第３の層は、ＧａＮからなるものして構
成することにより、青色領域において良好な発光特性を
有する発光素子を提供することができる。
前記発光層は、ＩｎzＧａ1-zＮ（ここで、０＜ｚ≦１）
からなり、前記第３の層は、ＧａＮからなるものして構
成することにより、青色領域において良好な発光特性を
有する発光素子を提供することができる。
【００２３】または、前記第２の層は、ＡｌＧａＮから
なり、前記発光層は、ＩｎzＧａ1-zＮ（ここで、０≦ｚ
≦１）からなり、前記第３の層は、ＡｌＧａＮからなる
ものして構成することにより、紫外線領域において良好
な発光特性を有する発光素子を提供することができる。
なり、前記発光層は、ＩｎzＧａ1-zＮ（ここで、０≦ｚ
≦１）からなり、前記第３の層は、ＡｌＧａＮからなる
ものして構成することにより、紫外線領域において良好
な発光特性を有する発光素子を提供することができる。
【００２４】これらの発光素子は、発光領域がｐ−ｎ接
合、または、少なくとも１重のヘテロ接合、または、１
つあるいは多重の量子井戸構造からなるものして構成す
ることが望ましい。
合、または、少なくとも１重のヘテロ接合、または、１
つあるいは多重の量子井戸構造からなるものして構成す
ることが望ましい。
【００２５】また、本発明によるＧａＮ系化合物半導体
発光素子の製造方法は、基板上に、燐（Ｐ）および砒素
（Ａｓ）のうちの少なくともいずれかを含む化合物半導
体層を堆積する工程と、前記バッファ層の上に、ＧａＮ
系化合物半導体層を堆積する工程と、を備えたものして
構成され、結晶性の良好な発光層を有する発光素子を提
供することができる。
発光素子の製造方法は、基板上に、燐（Ｐ）および砒素
（Ａｓ）のうちの少なくともいずれかを含む化合物半導
体層を堆積する工程と、前記バッファ層の上に、ＧａＮ
系化合物半導体層を堆積する工程と、を備えたものして
構成され、結晶性の良好な発光層を有する発光素子を提
供することができる。
【００２６】さらに、基板を除去することにより、電極
が上下両面に形成され、光の取り出し効率が高くチップ
面積の小さい発光素子を製造することができるようにな
る。
が上下両面に形成され、光の取り出し効率が高くチップ
面積の小さい発光素子を製造することができるようにな
る。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態について説明する。
実施の形態について説明する。
【００２８】図１は、本発明の第１の実施の形態による
ＧａＮ系化合物半導体発光素子の構成を例示する概略断
面図である。この例においては、サファイアなどからな
る基板１上にｎ型ＧａＮ1-xＰx（あるいはＧａＮ1-yＡ
ｓy）低温バッファ層２、ｎ型ＧａＮ1-xＰx(あるいはＧ
ａＮ1-yＡｓy）層３、ｎ型ＧａＮ層４、ＩｎＧａＮ活性
層５、ｐ型ＧａＮ層６がこの順序で形成されている。さ
らに、エッチングにより一部露出されたｎ型ＧａＮ1-x
Ｐx（あるいはＧａＮ1-yＡｓy）層３上にｎ型電極７が
形成され、一方、ｐ型ＧａＮ層６上にｐ型電極８が形成
されて一対の電極が構成される。
ＧａＮ系化合物半導体発光素子の構成を例示する概略断
面図である。この例においては、サファイアなどからな
る基板１上にｎ型ＧａＮ1-xＰx（あるいはＧａＮ1-yＡ
ｓy）低温バッファ層２、ｎ型ＧａＮ1-xＰx(あるいはＧ
ａＮ1-yＡｓy）層３、ｎ型ＧａＮ層４、ＩｎＧａＮ活性
層５、ｐ型ＧａＮ層６がこの順序で形成されている。さ
らに、エッチングにより一部露出されたｎ型ＧａＮ1-x
Ｐx（あるいはＧａＮ1-yＡｓy）層３上にｎ型電極７が
形成され、一方、ｐ型ＧａＮ層６上にｐ型電極８が形成
されて一対の電極が構成される。
【００２９】すなわち、本実施形態においては、サファ
イアなどの基板上に比較的低温で成長されたＧａＮ1-x
ＰxまたはＧａＮ1-yＡｓy（ここで、０＜ｘ＜１、０＜
ｙ＜１）バッファ層２が堆積されている。このようなバ
ッファ層の成長温度は、例えば、５５０〜８００℃の範
囲内において選択することができる。このような温度で
基板上に堆積された半導体層は、堆積直後には、非晶質
状あるいは極めて微細な結晶粒からなる多結晶状であ
る。そして、このバッファ層の上にさらに他の結晶層を
成長するために、例えば１０００℃以上に昇温される
と、結晶化が進行して多結晶状となる。本明細書におい
ては、このように比較的低温で成長されたバッファ層を
「低温バッファ層」と称する。
イアなどの基板上に比較的低温で成長されたＧａＮ1-x
ＰxまたはＧａＮ1-yＡｓy（ここで、０＜ｘ＜１、０＜
ｙ＜１）バッファ層２が堆積されている。このようなバ
ッファ層の成長温度は、例えば、５５０〜８００℃の範
囲内において選択することができる。このような温度で
基板上に堆積された半導体層は、堆積直後には、非晶質
状あるいは極めて微細な結晶粒からなる多結晶状であ
る。そして、このバッファ層の上にさらに他の結晶層を
成長するために、例えば１０００℃以上に昇温される
と、結晶化が進行して多結晶状となる。本明細書におい
ては、このように比較的低温で成長されたバッファ層を
「低温バッファ層」と称する。
【００３０】以下に本発明におけるバッファ層の効果に
ついて詳しく説明する。図２は、従来のバッファ層と、
本発明によるバッファ層と、発光層であるＩｎＧａＮ層
の組成比ｘに対する格子定数の関係を表したグラフ図で
ある。発光層として用いられるＩｎＧａＮ層は、Ｉｎの
組成ｘの増加に伴って、格子定数も増加する傾向を有す
る。しかし、従来のバッファ層であるＧａＡｌＮ層にお
いては、Ａｌの組成比ｘを増加するほど格子定数は減少
し、ＩｎＧａＮ層の格子定数との差は拡がる傾向にあ
る。これに対して、本発明によれば、バッファ層として
用いるＧａＮ1-xＰxあるいはＧａＮ1-xＡｓxのいずれの
場合であっても、組成ｘの増加に伴って格子定数は増加
し、ＩｎＧａＮ層との格子定数の差を縮小することがで
きる。さらに、図２においてＡ−Ａ線で例示したよう
に、ＧａＮ1-xＰxあるいはＧａＮ1-xＡｓx層の組成を調
節することにより、ＩｎＧａＮ層と格子定数を一致させ
ることもできる。
ついて詳しく説明する。図２は、従来のバッファ層と、
本発明によるバッファ層と、発光層であるＩｎＧａＮ層
の組成比ｘに対する格子定数の関係を表したグラフ図で
ある。発光層として用いられるＩｎＧａＮ層は、Ｉｎの
組成ｘの増加に伴って、格子定数も増加する傾向を有す
る。しかし、従来のバッファ層であるＧａＡｌＮ層にお
いては、Ａｌの組成比ｘを増加するほど格子定数は減少
し、ＩｎＧａＮ層の格子定数との差は拡がる傾向にあ
る。これに対して、本発明によれば、バッファ層として
用いるＧａＮ1-xＰxあるいはＧａＮ1-xＡｓxのいずれの
場合であっても、組成ｘの増加に伴って格子定数は増加
し、ＩｎＧａＮ層との格子定数の差を縮小することがで
きる。さらに、図２においてＡ−Ａ線で例示したよう
に、ＧａＮ1-xＰxあるいはＧａＮ1-xＡｓx層の組成を調
節することにより、ＩｎＧａＮ層と格子定数を一致させ
ることもできる。
【００３１】ここで、一例として、同図にＢ−Ｂ線で示
した組成ｘ＝０．１におけるバッファ層とＩｎＧａＮ層
との格子不整合率（Δａ／ａ）について説明すると、本
発明によれば、約０．２％であり、従来バッファ層を用
いた場合は約２．１％である。すなわち、本発明によれ
ば格子不整合率を従来の約１／１０に低減することがで
きる。
した組成ｘ＝０．１におけるバッファ層とＩｎＧａＮ層
との格子不整合率（Δａ／ａ）について説明すると、本
発明によれば、約０．２％であり、従来バッファ層を用
いた場合は約２．１％である。すなわち、本発明によれ
ば格子不整合率を従来の約１／１０に低減することがで
きる。
【００３２】つまり、本発明によれば、特にＩｎ組成を
青色領域まで増加した場合において、従来よりも格子歪
みの少ない発光層を、ＰまたはＡｓの組成を選択するこ
とによって容易に形成することができる。
青色領域まで増加した場合において、従来よりも格子歪
みの少ない発光層を、ＰまたはＡｓの組成を選択するこ
とによって容易に形成することができる。
【００３３】このような組成の好ましい組み合わせを表
２に示す。
２に示す。
【００３４】
【表２】 ここで、上述した表２を一般式により表現すると、発光
層をＩｎzＧａ1-zＮと表し、バッファ層をＧａＮ1-xＰx
あるいはＧａＮ1-yＡｓyと表した場合には、ｘ、ｙ、お
よびｚの好ましい組み合わせの条件は、以下の如く表現
することができる。
層をＩｎzＧａ1-zＮと表し、バッファ層をＧａＮ1-xＰx
あるいはＧａＮ1-yＡｓyと表した場合には、ｘ、ｙ、お
よびｚの好ましい組み合わせの条件は、以下の如く表現
することができる。
【００３５】 （351／317）ｚ−0.0317≦ｘ≦（351／317）ｚ＋0.0317 （351／400）ｚ−0.04 ≦ｙ≦（351／400）ｚ＋0.04 なお、この場合に、バッファ層とＩｎＧａＮ発光層との
間に積層されるＧａＮ系化合物半導体層、例えばＧａＮ
クラッド層の厚さは、０．０５〜０．２ミクロンの範囲
内とすることが望ましい。この理由は、これ以上の厚さ
にすると、格子不整合による歪みにより、ＩｎＧａＮ発
光層の結晶性が劣化する傾向がみられるからである。
間に積層されるＧａＮ系化合物半導体層、例えばＧａＮ
クラッド層の厚さは、０．０５〜０．２ミクロンの範囲
内とすることが望ましい。この理由は、これ以上の厚さ
にすると、格子不整合による歪みにより、ＩｎＧａＮ発
光層の結晶性が劣化する傾向がみられるからである。
【００３６】以上説明したように、本発明によれば、発
光層の歪みを従来に比べて小さくすることにより、高品
質の発光層を得ることができるために、発光素子の発光
効率を向上させることができる。
光層の歪みを従来に比べて小さくすることにより、高品
質の発光層を得ることができるために、発光素子の発光
効率を向上させることができる。
【００３７】また、図１に示した実施形態においては、
このような低温バッファ層２の上に、さらに、ＧａＮ
1-xＰx（あるいはＧａＮ1-yＡｓy）層３が積層されてい
る。この層３は比較的高温で成長され、単結晶状のもの
として構成されている。低温バッファ層２の上に、この
ようなＧａＮ1-xＰx（あるいはＧａＮ1-yＡｓy）層３を
積層することによって、その上に成長される発光素子の
各層４〜６の結晶性をさらに改善することができる。
このような低温バッファ層２の上に、さらに、ＧａＮ
1-xＰx（あるいはＧａＮ1-yＡｓy）層３が積層されてい
る。この層３は比較的高温で成長され、単結晶状のもの
として構成されている。低温バッファ層２の上に、この
ようなＧａＮ1-xＰx（あるいはＧａＮ1-yＡｓy）層３を
積層することによって、その上に成長される発光素子の
各層４〜６の結晶性をさらに改善することができる。
【００３８】しかし、本発明においては、このような単
結晶状のＧａＮ1-xＰx（あるいはＧａＮ1-yＡｓy）層３
を積層することなく、低温バッファ層２の上に、発光素
子の各層４〜６を直接積層しても良い。このような簡略
化された構成においても、従来のＡｌＧａＮバッファ層
を用いた場合に比べて、ＩｎＧａＮ活性層５の結晶性は
改善され、発光特性も向上するという効果を得ることが
できる。
結晶状のＧａＮ1-xＰx（あるいはＧａＮ1-yＡｓy）層３
を積層することなく、低温バッファ層２の上に、発光素
子の各層４〜６を直接積層しても良い。このような簡略
化された構成においても、従来のＡｌＧａＮバッファ層
を用いた場合に比べて、ＩｎＧａＮ活性層５の結晶性は
改善され、発光特性も向上するという効果を得ることが
できる。
【００３９】さらに、ＧａＮ1-xＰx層やＧａＮ1-yＡｓy
層は、ＧａＮ層に比べて導電性が良好である。従って、
ｎ型ＧａＮ層４の膜厚を薄くしても、ｎ側電極から注入
された電流を素子全体に拡散させることができるという
利点も生ずる。
層は、ＧａＮ層に比べて導電性が良好である。従って、
ｎ型ＧａＮ層４の膜厚を薄くしても、ｎ側電極から注入
された電流を素子全体に拡散させることができるという
利点も生ずる。
【００４０】ここで、本実施形態においては、バッファ
層として、ＧａＮ1-xＰx層やＧａＮ1-yＡｓy層が採用さ
れている。しかし、これらの代わりに、ＧａＮＰＡｓで
表される４元混晶を用いても良い。このような４元混晶
もＩｎＧａＮ層と容易に格子整合をとることができる。
層として、ＧａＮ1-xＰx層やＧａＮ1-yＡｓy層が採用さ
れている。しかし、これらの代わりに、ＧａＮＰＡｓで
表される４元混晶を用いても良い。このような４元混晶
もＩｎＧａＮ層と容易に格子整合をとることができる。
【００４１】さらに、このような４元低温バッファ層の
上にエピタキシャル成長させた単結晶状のＧａＮ1-xＰx
層、ＧａＮ1-yＡｓy層、あるいはＧａＮＰＡｓ層を積層
させても良い。この場合に、低温バッファ層の組成とそ
の上の単結晶状の４元混晶層の組成とは、異なるように
しても良く、同一にしても良い。組成を同一にした場合
には、格子定数が一致するために、格子の不整合が低減
するという効果を得ることができる。
上にエピタキシャル成長させた単結晶状のＧａＮ1-xＰx
層、ＧａＮ1-yＡｓy層、あるいはＧａＮＰＡｓ層を積層
させても良い。この場合に、低温バッファ層の組成とそ
の上の単結晶状の４元混晶層の組成とは、異なるように
しても良く、同一にしても良い。組成を同一にした場合
には、格子定数が一致するために、格子の不整合が低減
するという効果を得ることができる。
【００４２】次に、本発明による第２の実施の形態につ
いて説明する。
いて説明する。
【００４３】図３は、本発明による第２の発光素子の構
成を例示する概略断面図である。この例においては、ｎ
型ＧａＮ1-xＰx（あるいはＧａＮ1-yＡｓy）層１１上に
ｎ型ＧａＮ層１２、ＩｎＧａＮ層１３、ｐ型ＧａＮ層１
４がこの順序で形成されている。さらにｎ型ＧａＮ1-x
Ｐx（あるいはＧａＮ1-yＡｓy）層１１の裏面側にｎ側
電極１５が形成され、ｐ型ＧａＮ層１４上にｐ側電極１
６が形成されて一対の電極を構成している。
成を例示する概略断面図である。この例においては、ｎ
型ＧａＮ1-xＰx（あるいはＧａＮ1-yＡｓy）層１１上に
ｎ型ＧａＮ層１２、ＩｎＧａＮ層１３、ｐ型ＧａＮ層１
４がこの順序で形成されている。さらにｎ型ＧａＮ1-x
Ｐx（あるいはＧａＮ1-yＡｓy）層１１の裏面側にｎ側
電極１５が形成され、ｐ型ＧａＮ層１４上にｐ側電極１
６が形成されて一対の電極を構成している。
【００４４】本実施形態の発光素子は、例えば、図示し
ないサファイアなどの基板上に、ｎ型ＧａＮ1-xＰx（Ｇ
ａＮ1-yＡｓy）層１１を成長し、サファイアなどの基板
を除して得られる層１１を新たな基板として、層１２〜
１４を順次成長することにより形成することができる。
ないサファイアなどの基板上に、ｎ型ＧａＮ1-xＰx（Ｇ
ａＮ1-yＡｓy）層１１を成長し、サファイアなどの基板
を除して得られる層１１を新たな基板として、層１２〜
１４を順次成長することにより形成することができる。
【００４５】あるいは、図示しないサファイアなどの基
板上に、層１１および１２を成長した後に基板を除去
し、この上にさらに層１３および１４を成長することに
よっても形成することができる。
板上に、層１１および１２を成長した後に基板を除去
し、この上にさらに層１３および１４を成長することに
よっても形成することができる。
【００４６】あるいは、図示しないサファイアなどの基
板上に、層１１〜１４を順次形成し、しかる後に基板を
除去しても良い。
板上に、層１１〜１４を順次形成し、しかる後に基板を
除去しても良い。
【００４７】ここで、ＧａＮ1-xＰx（あるいはＧａＮ
1-yＡｓy）層１１は、低温バッファ層とその上に積層さ
れた単結晶状の層との積層構造としても良い。すなわ
ち、図示しないサファイアなどの基板上に、まず比較的
低温でＧａＮ1-xＰx（あるいはＧａＮ1-yＡｓy）層を堆
積し、その上に比較的高温で単結晶状のＧａＮ1-xＰ
x（あるいはＧａＮ1-yＡｓy）層を積層し、しかる後に
基板を除去することにより、層１１を形成することがで
きる。また、ＧａＮ1-xＰxあるいはＧａＮ1-yＡｓyの代
わりに４元混晶であるＧａＮＰＡｓにより層１１を用い
ても良い。
1-yＡｓy）層１１は、低温バッファ層とその上に積層さ
れた単結晶状の層との積層構造としても良い。すなわ
ち、図示しないサファイアなどの基板上に、まず比較的
低温でＧａＮ1-xＰx（あるいはＧａＮ1-yＡｓy）層を堆
積し、その上に比較的高温で単結晶状のＧａＮ1-xＰ
x（あるいはＧａＮ1-yＡｓy）層を積層し、しかる後に
基板を除去することにより、層１１を形成することがで
きる。また、ＧａＮ1-xＰxあるいはＧａＮ1-yＡｓyの代
わりに４元混晶であるＧａＮＰＡｓにより層１１を用い
ても良い。
【００４８】本実施形態においても、ｎ型ＧａＮ1-xＰx
（あるいはＧａＮ1-y Ａｓy）層１１をバッファ層ある
いは基板として利用し、その上に各層１２〜１４を成長
しているので、図２に関して前述したように、ＩｎＧａ
Ｎ発光層１３の格子歪みを従来よりも低減して発光特性
の良好な発光素子を実現することができる。
（あるいはＧａＮ1-y Ａｓy）層１１をバッファ層ある
いは基板として利用し、その上に各層１２〜１４を成長
しているので、図２に関して前述したように、ＩｎＧａ
Ｎ発光層１３の格子歪みを従来よりも低減して発光特性
の良好な発光素子を実現することができる。
【００４９】また、本実施形態においては、サファイア
基板を除去した構成としているので、発光面側に一対の
電極の一方のみ（ｐ型電極）を形成することが可能とな
る。したがって、発光面側に双方の電極を設けた場合に
比べて発光部の割合を大きくすることができるという利
点を有する。
基板を除去した構成としているので、発光面側に一対の
電極の一方のみ（ｐ型電極）を形成することが可能とな
る。したがって、発光面側に双方の電極を設けた場合に
比べて発光部の割合を大きくすることができるという利
点を有する。
【００５０】図４は、発光素子を発光面側から眺めた概
略平面図である。すなわち、同図（ａ）は本発明による
発光素子であり、同図（ｂ）は従来の発光素子の平面図
である。同図において斜線で示した部分が光を取り出す
ことができる領域に該当する。従来の発光素子において
は、同図（ｂ）に示したように発光面積の割合は５０％
程度に過ぎないのに対して、本発明による発光素子で
は、同図（ａ）に示したように発光面積の割合を約８５
％程度まで拡大することができる。この理由は、従来の
ＧａＮ系発光素子においては、発光面側にｎ型およびｐ
型の双方の電極を形成する必要があったのに対して、本
発明による発光素子では発光面側にいずれか一方の電極
のみを形成すれば良いからである。したがって、本発明
による発光素子においては、光出力も発光部の割合に応
じて増大させることが可能となる。さらに、本実施形態
においては、前述したようにサファイアなどの基板を除
去することによって、チップ化の際のスクライブ工程の
歩留まりを従来の約７０％から９５％以上に大幅に向上
することができる。
略平面図である。すなわち、同図（ａ）は本発明による
発光素子であり、同図（ｂ）は従来の発光素子の平面図
である。同図において斜線で示した部分が光を取り出す
ことができる領域に該当する。従来の発光素子において
は、同図（ｂ）に示したように発光面積の割合は５０％
程度に過ぎないのに対して、本発明による発光素子で
は、同図（ａ）に示したように発光面積の割合を約８５
％程度まで拡大することができる。この理由は、従来の
ＧａＮ系発光素子においては、発光面側にｎ型およびｐ
型の双方の電極を形成する必要があったのに対して、本
発明による発光素子では発光面側にいずれか一方の電極
のみを形成すれば良いからである。したがって、本発明
による発光素子においては、光出力も発光部の割合に応
じて増大させることが可能となる。さらに、本実施形態
においては、前述したようにサファイアなどの基板を除
去することによって、チップ化の際のスクライブ工程の
歩留まりを従来の約７０％から９５％以上に大幅に向上
することができる。
【００５１】次に、本発明の第３の実施の形態について
説明する。図５は、本発明による第３の発光素子の構成
を例示する概略断面図である。
説明する。図５は、本発明による第３の発光素子の構成
を例示する概略断面図である。
【００５２】同図に示す例においては、ｎ型ＧａＮ層３
１、ＩｎＧａＮ層３２、ｐ型ＧａＮ層３３およびｐ型Ｇ
ａＮ1-xＰx（ＧａＮ1-y Ａｓy）層３４が積層され、層
３１に隣接してｎ側電極３５が形成され、一方、層３４
上にｐ側電極３６が形成され一対の電極を構成してい
る。同図に示した発光素子は、後に詳述するように、例
えば、サファイアなどの基板上にＺｎＯなどの層を介し
て、層３１〜３４を順次成長し、しかる後に基板を除去
することに形成することができる。
１、ＩｎＧａＮ層３２、ｐ型ＧａＮ層３３およびｐ型Ｇ
ａＮ1-xＰx（ＧａＮ1-y Ａｓy）層３４が積層され、層
３１に隣接してｎ側電極３５が形成され、一方、層３４
上にｐ側電極３６が形成され一対の電極を構成してい
る。同図に示した発光素子は、後に詳述するように、例
えば、サファイアなどの基板上にＺｎＯなどの層を介し
て、層３１〜３４を順次成長し、しかる後に基板を除去
することに形成することができる。
【００５３】この発光素子においても、サファイアなど
の基板を除去した構成としているので、図３に示した発
光素子と同様に、光の取り出し面積を拡大して光出力を
増大することができる。
の基板を除去した構成としているので、図３に示した発
光素子と同様に、光の取り出し面積を拡大して光出力を
増大することができる。
【００５４】また、ＧａＮ1-xＰx層またはＧａＮ1-y Ａ
ｓy層は、ＧａＮ層に比べて導電性が良好である。この
効果はｐ型の導電型において特に顕著である。例えば、
ｐ型でホール濃度が２×１０18ｃｍ-3の場合を例に挙げ
ると、ＧａＮ1-xＰx層またはＧａＮ1-y Ａｓy層の抵抗
率は０．０１Ωｃｍであり、一方ＧａＮの抵抗率は０．
１７Ωｃｍである。すなわち、ＧａＮ1-xＰx層やＧａＮ
1-y Ａｓy層の抵抗率は、ＧａＮ層の１／１０以下であ
る。従って、ｐ側電極３６との接触におけるオーミック
性を顕著に改善することができる。
ｓy層は、ＧａＮ層に比べて導電性が良好である。この
効果はｐ型の導電型において特に顕著である。例えば、
ｐ型でホール濃度が２×１０18ｃｍ-3の場合を例に挙げ
ると、ＧａＮ1-xＰx層またはＧａＮ1-y Ａｓy層の抵抗
率は０．０１Ωｃｍであり、一方ＧａＮの抵抗率は０．
１７Ωｃｍである。すなわち、ＧａＮ1-xＰx層やＧａＮ
1-y Ａｓy層の抵抗率は、ＧａＮ層の１／１０以下であ
る。従って、ｐ側電極３６との接触におけるオーミック
性を顕著に改善することができる。
【００５５】また、ＧａＮ1-xＰx層やＧａＮ1-y Ａｓy
層は、組成によっては半金属性を示すために、ｐ側電極
３６との接触におけるオーミック性をさらに改善するこ
ともできる。その結果として、ｐ型ＧａＮ層に電極をコ
ンタクトさせる場合と比較して、動作電圧を低減するこ
とができる。つまり、発光素子の消費電力を低減して、
寿命をのばすことができる。
層は、組成によっては半金属性を示すために、ｐ側電極
３６との接触におけるオーミック性をさらに改善するこ
ともできる。その結果として、ｐ型ＧａＮ層に電極をコ
ンタクトさせる場合と比較して、動作電圧を低減するこ
とができる。つまり、発光素子の消費電力を低減して、
寿命をのばすことができる。
【００５６】さらに、本実施形態においても、サファイ
アなどの基板を除去することによって、チップ化の際の
スクライブ工程の歩留まりを従来の約７０％から９５％
以上に大幅に向上することができる。
アなどの基板を除去することによって、チップ化の際の
スクライブ工程の歩留まりを従来の約７０％から９５％
以上に大幅に向上することができる。
【００５７】また、本実施形態においても、ｐ側電極と
ｎ側電極とをそれぞれ、発光素子の反対面上に形成する
ことができるようになる。従って、発光素子の面積を従
来と同一とした場合に、本発明によれば、電極によって
遮蔽される光の割合を低下することができ、発光部の面
積を増加させて発光量を増加することができる。
ｎ側電極とをそれぞれ、発光素子の反対面上に形成する
ことができるようになる。従って、発光素子の面積を従
来と同一とした場合に、本発明によれば、電極によって
遮蔽される光の割合を低下することができ、発光部の面
積を増加させて発光量を増加することができる。
【００５８】以上説明した具体例においては、ダブルヘ
テロ型の構造を有する発光素子を例に挙げて説明した。
しかし、本発明はこれに限定されるものではない。すな
わち、本発明は、ダブルヘテロ型の構造以外にも、例え
ば、シングルヘテロ接合を有するものや、ｐｎ接合を有
するもの、あるいは単数または複数の量子井戸構造を有
するものなどについて同様に適用することができ、上述
した効果を同様に得ることができる。
テロ型の構造を有する発光素子を例に挙げて説明した。
しかし、本発明はこれに限定されるものではない。すな
わち、本発明は、ダブルヘテロ型の構造以外にも、例え
ば、シングルヘテロ接合を有するものや、ｐｎ接合を有
するもの、あるいは単数または複数の量子井戸構造を有
するものなどについて同様に適用することができ、上述
した効果を同様に得ることができる。
【００５９】また、本発明において基板として用いるこ
との出来る材料は、一例として挙げたサファイアに限定
されない。すなわち、その他にも、例えば、ＺｎＯ、Ｇ
ａＡｓ、スピネル、ＳｉＣ、Ｓｉなどを用いて、同様の
効果を得ることができる。
との出来る材料は、一例として挙げたサファイアに限定
されない。すなわち、その他にも、例えば、ＺｎＯ、Ｇ
ａＡｓ、スピネル、ＳｉＣ、Ｓｉなどを用いて、同様の
効果を得ることができる。
【００６０】さらに、前述した実施形態においては、発
光層としてＩｎＧａＮ層を用いた例示したが本発明はこ
れに限定されるものではない。すなわち、本発明は、こ
の他にも、例えば、ＧａＮ層からなる発光層をＡｌＧａ
Ｎ層からなるクラッド層で挟んだ構造の発光素子につい
ても、同様に適用することができる。さらに、このよう
な構造の発光素子から得られる紫外線領域の波長を有す
る発光を、所定の蛍光体により波長変換して所望の波長
の光を得ることができるようにした発光素子について
も、本発明は同様に適用して、上述した種々の効果を得
ることができる。
光層としてＩｎＧａＮ層を用いた例示したが本発明はこ
れに限定されるものではない。すなわち、本発明は、こ
の他にも、例えば、ＧａＮ層からなる発光層をＡｌＧａ
Ｎ層からなるクラッド層で挟んだ構造の発光素子につい
ても、同様に適用することができる。さらに、このよう
な構造の発光素子から得られる紫外線領域の波長を有す
る発光を、所定の蛍光体により波長変換して所望の波長
の光を得ることができるようにした発光素子について
も、本発明は同様に適用して、上述した種々の効果を得
ることができる。
【００６１】
【実施例】次に、本発明における発光素子の製造方法と
それによって得られる発光素子について具体的に説明す
る。
それによって得られる発光素子について具体的に説明す
る。
【００６２】（実施例１）図６は、本発明の第１の実施
例にかかる発光素子の製造工程を表す概略工程断面図で
ある。
例にかかる発光素子の製造工程を表す概略工程断面図で
ある。
【００６３】本実施例においては、まず、サファイアを
基板として用い、ＭＯＣＶＤ法により、該サファイア基
板上にＧａＮ系化合物半導体層を成長させた。III 族原
料にはトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルイン
ジュウム（ＴＭＩ）、Ｖ族原料には、アンモニア（ＮＨ
3 ）、ホスフィン（ＰＨ3 ）を用いた。ドーパント原料
にはモノシラン（ＳｉＨ4 ）、ジメチル亜鉛（ＤＭＺ
ｎ）、シクロペンタジエニルマグネシュウム（ｃｐ2 Ｍ
ｇ）を用いた。
基板として用い、ＭＯＣＶＤ法により、該サファイア基
板上にＧａＮ系化合物半導体層を成長させた。III 族原
料にはトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルイン
ジュウム（ＴＭＩ）、Ｖ族原料には、アンモニア（ＮＨ
3 ）、ホスフィン（ＰＨ3 ）を用いた。ドーパント原料
にはモノシラン（ＳｉＨ4 ）、ジメチル亜鉛（ＤＭＺ
ｎ）、シクロペンタジエニルマグネシュウム（ｃｐ2 Ｍ
ｇ）を用いた。
【００６４】まず、サファイア基板１をＭＯＣＶＤの装
置内に導入し、基板を１０００℃まで加熱する。１０分
間保持した後、基板温度を５００℃に設定する。ここ
で、ＮＨ3 ０．５μｍｏｌ／ｍｉｎとＰＨ3 ０．２μｍ
ｏｌ／ｍｉｎ、およびＴＭＧ８０μｍｏｌ／ｍｉｎを流
し、ＧａＮ0.935 Ｐ0.065 バッファ層２を５分間成長さ
せる。この後、基板温度を９００℃にし、ＴＭＧ８０μ
ｍｏｌ／ｍｉｎおよびＳｉＨ4 ０．００８μｍｏｌ／ｍ
ｉｎを流し、ＧａＮ0.935 Ｐ0.065 単結晶層３を成長さ
せる。３０分間成長後、ＴＭＧとＳｉＨ4 の供給を停止
し、基板温度を１０００℃にし、ここで、ＰＨ3 を反応
管に流すのをやめ、ＴＭＧ８０μｍｏｌ／ｍｉｎおよび
ＳｉＨ4 ０．００８μｍｏｌ／ｍｉｎを流しＧａＮ層４
の成長を始める。３分間成長後、ＴＭＧとＳｉＨ4 の供
給を停止し、基板の温度を８５０℃に設定する。基板の
温度が８５０℃になったところで、ＴＭＧ１２μｍｏｌ
／ｍｉｎ、ＴＭＩ１２０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＳｉＨ4
０．０００８μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＤＭＺｎ０．０５μｍ
ｏｌ／ｍｉｎ供給し、ＩｎＧａＮ層５を１時間成長させ
る。成長後のＩｎＧａＮ層５のＩｎの組成は約６％であ
った。一時間成長後、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＳｉＨ4 、ＤＭ
Ｚｎの供給を停止し、基板の温度を１０００℃に設定す
る。基板の温度が１０００℃になったところで、ＴＭＧ
８０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ｃｐ2 Ｍｇ０．５μｍｏｌ／ｍ
ｉｎ供給し、ＧａＮ層６を２０分間成長し、ＴＭＧ、ｃ
ｐ2 Ｍｇの供給を停止するとともに、加熱系の電源を切
り、基板の加熱を停止する。基板の温度が室温に戻った
ところでＮＨ3 の供給を停止し、基板を反応炉から取り
出す。このようにして得られた半導体層の一部を表面側
からエッチングしてＧａＮＰ層３を露出させる。さら
に、ＧａＮＰ層３の上にｎ側電極７を形成し、ＧａＮ層
６の上にｐ側電極８を形成して、発光素子が完成する。 （実施例２）図７は、本発明の第２の実施例にかかる発
光素子の製造工程を表す概略工程断面図である。
置内に導入し、基板を１０００℃まで加熱する。１０分
間保持した後、基板温度を５００℃に設定する。ここ
で、ＮＨ3 ０．５μｍｏｌ／ｍｉｎとＰＨ3 ０．２μｍ
ｏｌ／ｍｉｎ、およびＴＭＧ８０μｍｏｌ／ｍｉｎを流
し、ＧａＮ0.935 Ｐ0.065 バッファ層２を５分間成長さ
せる。この後、基板温度を９００℃にし、ＴＭＧ８０μ
ｍｏｌ／ｍｉｎおよびＳｉＨ4 ０．００８μｍｏｌ／ｍ
ｉｎを流し、ＧａＮ0.935 Ｐ0.065 単結晶層３を成長さ
せる。３０分間成長後、ＴＭＧとＳｉＨ4 の供給を停止
し、基板温度を１０００℃にし、ここで、ＰＨ3 を反応
管に流すのをやめ、ＴＭＧ８０μｍｏｌ／ｍｉｎおよび
ＳｉＨ4 ０．００８μｍｏｌ／ｍｉｎを流しＧａＮ層４
の成長を始める。３分間成長後、ＴＭＧとＳｉＨ4 の供
給を停止し、基板の温度を８５０℃に設定する。基板の
温度が８５０℃になったところで、ＴＭＧ１２μｍｏｌ
／ｍｉｎ、ＴＭＩ１２０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＳｉＨ4
０．０００８μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＤＭＺｎ０．０５μｍ
ｏｌ／ｍｉｎ供給し、ＩｎＧａＮ層５を１時間成長させ
る。成長後のＩｎＧａＮ層５のＩｎの組成は約６％であ
った。一時間成長後、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＳｉＨ4 、ＤＭ
Ｚｎの供給を停止し、基板の温度を１０００℃に設定す
る。基板の温度が１０００℃になったところで、ＴＭＧ
８０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ｃｐ2 Ｍｇ０．５μｍｏｌ／ｍ
ｉｎ供給し、ＧａＮ層６を２０分間成長し、ＴＭＧ、ｃ
ｐ2 Ｍｇの供給を停止するとともに、加熱系の電源を切
り、基板の加熱を停止する。基板の温度が室温に戻った
ところでＮＨ3 の供給を停止し、基板を反応炉から取り
出す。このようにして得られた半導体層の一部を表面側
からエッチングしてＧａＮＰ層３を露出させる。さら
に、ＧａＮＰ層３の上にｎ側電極７を形成し、ＧａＮ層
６の上にｐ側電極８を形成して、発光素子が完成する。 （実施例２）図７は、本発明の第２の実施例にかかる発
光素子の製造工程を表す概略工程断面図である。
【００６５】本実施例においては、まず、気相成長法
（ＶＧ）等により、サファイアなどの基板上にｎ型のＧ
ａＮ0.935 Ｐ0.065 を１０μｍ〜５００μｍの厚さに成
長させる。この後、サファイアなどの基板を除去し、Ｇ
ａＮ0.935 Ｐ0.065の単結晶層を得る。このＧａＮ0.935
Ｐ0.065 単結晶１１を基板として用い、ＭＯＣＶＤ法
により、ＧａＮ系化合物半導体層を成長させた。III 族
原料にはトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルイ
ンジュウム（ＴＭＩ）、Ｖ族原料には、アンモニア（Ｎ
Ｈ3 ）、ホスフィン（ＰＨ3 ）を用いた。ドーパント原
料にはモノシラン（ＳｉＨ4 ）、ジメチル亜鉛（ＤＭＺ
ｎ）、シクロペンタジエニルマグネシュウム（ｃｐ2 Ｍ
ｇ）を用いた。
（ＶＧ）等により、サファイアなどの基板上にｎ型のＧ
ａＮ0.935 Ｐ0.065 を１０μｍ〜５００μｍの厚さに成
長させる。この後、サファイアなどの基板を除去し、Ｇ
ａＮ0.935 Ｐ0.065の単結晶層を得る。このＧａＮ0.935
Ｐ0.065 単結晶１１を基板として用い、ＭＯＣＶＤ法
により、ＧａＮ系化合物半導体層を成長させた。III 族
原料にはトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルイ
ンジュウム（ＴＭＩ）、Ｖ族原料には、アンモニア（Ｎ
Ｈ3 ）、ホスフィン（ＰＨ3 ）を用いた。ドーパント原
料にはモノシラン（ＳｉＨ4 ）、ジメチル亜鉛（ＤＭＺ
ｎ）、シクロペンタジエニルマグネシュウム（ｃｐ2 Ｍ
ｇ）を用いた。
【００６６】あらかじめ作製しておいたＧａＮ0.935 Ｐ
0.065 単結晶層１１をＭＯＣＶＤの装置内に導入し、Ｎ
Ｈ3 ０．５μｍｏｌ／ｍｉｎとＰＨ3 ０．２μｍｏｌ／
ｍｉｎを流しながら、基板を１０００℃まで加熱する。
ここで、ＰＨ3 を反応管に流すのをやめ、ＴＭＧ８０μ
ｍｏｌ／ｍｉｎおよびＳｉＨ4 ０．００８μｍｏｌ／ｍ
ｉｎを流してＧａＮ層１２の成長を始める。３分間成長
後、ＴＭＧとＳｉＨ4の供給を停止し、基板の温度を８
５０℃に設定する。基板の温度が８５０℃になったとこ
ろで、ＴＭＧ１２μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＩ１２０μｍ
ｏｌ／ｍｉｎ、ＳｉＨ4 ０．０００８μｍｏｌ／ｍｉ
ｎ、ＤＭＺｎ０．０５μｍｏｌ／ｍｉｎ供給し、ＩｎＧ
ａＮ層１３を１時間成長させる。成長後のＩｎＧａＮ層
１３のＩｎの組成は約６％であった。一時間成長後、Ｔ
ＭＧ、ＴＭＩ、ＳｉＨ4 、ＤＭＺｎの供給を停止し、基
板の温度を１０００℃に設定する。基板の温度が１００
０℃になったところで、ＴＭＧ８０μｍｏｌ／ｍｉｎ、
ｃｐ2 Ｍｇ０．５μｍｏｌ／ｍｉｎ供給して、ＧａＮ層
１４を２０分間成長し、ＴＭＧ、ｃｐ2 Ｍｇの供給を停
止するとともに、加熱系の電源を切り、基板の加熱を停
止する。基板の温度が室温に戻ったところで、ＮＨ3 の
供給を停止し、基板を反応炉から取り出す。さらに、ｎ
側電極１５とｐ側電極１６とをそれぞれ形成して発光素
子が完成する。図８は、このようにして得られた発光素
子の光出力を表すグラフ図である。すなわち、電流値２
０ｍＡ時の光出力は、本発明の素子の方が従来の素子に
比べ、１．５倍高かった。基板１１としてＧａＮＰ層の
代わりに、ＧａＮ1-y Ａｓy層を用いた場合も同様の高
い光出力が得られた。
0.065 単結晶層１１をＭＯＣＶＤの装置内に導入し、Ｎ
Ｈ3 ０．５μｍｏｌ／ｍｉｎとＰＨ3 ０．２μｍｏｌ／
ｍｉｎを流しながら、基板を１０００℃まで加熱する。
ここで、ＰＨ3 を反応管に流すのをやめ、ＴＭＧ８０μ
ｍｏｌ／ｍｉｎおよびＳｉＨ4 ０．００８μｍｏｌ／ｍ
ｉｎを流してＧａＮ層１２の成長を始める。３分間成長
後、ＴＭＧとＳｉＨ4の供給を停止し、基板の温度を８
５０℃に設定する。基板の温度が８５０℃になったとこ
ろで、ＴＭＧ１２μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＩ１２０μｍ
ｏｌ／ｍｉｎ、ＳｉＨ4 ０．０００８μｍｏｌ／ｍｉ
ｎ、ＤＭＺｎ０．０５μｍｏｌ／ｍｉｎ供給し、ＩｎＧ
ａＮ層１３を１時間成長させる。成長後のＩｎＧａＮ層
１３のＩｎの組成は約６％であった。一時間成長後、Ｔ
ＭＧ、ＴＭＩ、ＳｉＨ4 、ＤＭＺｎの供給を停止し、基
板の温度を１０００℃に設定する。基板の温度が１００
０℃になったところで、ＴＭＧ８０μｍｏｌ／ｍｉｎ、
ｃｐ2 Ｍｇ０．５μｍｏｌ／ｍｉｎ供給して、ＧａＮ層
１４を２０分間成長し、ＴＭＧ、ｃｐ2 Ｍｇの供給を停
止するとともに、加熱系の電源を切り、基板の加熱を停
止する。基板の温度が室温に戻ったところで、ＮＨ3 の
供給を停止し、基板を反応炉から取り出す。さらに、ｎ
側電極１５とｐ側電極１６とをそれぞれ形成して発光素
子が完成する。図８は、このようにして得られた発光素
子の光出力を表すグラフ図である。すなわち、電流値２
０ｍＡ時の光出力は、本発明の素子の方が従来の素子に
比べ、１．５倍高かった。基板１１としてＧａＮＰ層の
代わりに、ＧａＮ1-y Ａｓy層を用いた場合も同様の高
い光出力が得られた。
【００６７】（実施例３）図９は、本発明の第３の実施
例にかかる発光素子の製造工程を表す概略工程断面図で
ある。
例にかかる発光素子の製造工程を表す概略工程断面図で
ある。
【００６８】本実施例においては、まず、サファイア基
板２０上にｎ型のＧａＮ0.935 Ｐ0. 065を１０μｍ〜５
００μｍの厚さに成長させ、それをＭＯＣＶＤ用の基板
として用いた。ここで、ＧａＮＰ層２１の成長方法とし
ては、ＭＯＣＶＤ法の他に、例えば、ハライド気相成長
法などの気相成長法（ＶＧ）、化学ビームエピタキシャ
ル法（ＣＢＥ）、有機金属分子線エピタキシャル法（Ｍ
ＯＭＢＥ）など種々の方法を挙げることができる。
板２０上にｎ型のＧａＮ0.935 Ｐ0. 065を１０μｍ〜５
００μｍの厚さに成長させ、それをＭＯＣＶＤ用の基板
として用いた。ここで、ＧａＮＰ層２１の成長方法とし
ては、ＭＯＣＶＤ法の他に、例えば、ハライド気相成長
法などの気相成長法（ＶＧ）、化学ビームエピタキシャ
ル法（ＣＢＥ）、有機金属分子線エピタキシャル法（Ｍ
ＯＭＢＥ）など種々の方法を挙げることができる。
【００６９】ＧａＮ系化合物半導体層を成長させるＭＯ
ＣＶＤ法においては、III 族原料にはトリメチルガリウ
ム（ＴＭＧ）、トリメチルインジュウム（ＴＭＩ）、Ｖ
族原料には、アンモニア（ＮＨ3 ）、アルシン（ＡｓＨ
3 ）を用いた。ドーパント原料にはモノシラン（ＳｉＨ
4 ）、ジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）、シクロペンタジエニ
ルマグネシュウム（ｃｐ2 Ｍｇ）を用いた。
ＣＶＤ法においては、III 族原料にはトリメチルガリウ
ム（ＴＭＧ）、トリメチルインジュウム（ＴＭＩ）、Ｖ
族原料には、アンモニア（ＮＨ3 ）、アルシン（ＡｓＨ
3 ）を用いた。ドーパント原料にはモノシラン（ＳｉＨ
4 ）、ジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）、シクロペンタジエニ
ルマグネシュウム（ｃｐ2 Ｍｇ）を用いた。
【００７０】まず、ＭＯＣＶＤ装置内に、前記基板、す
なわち、サファイア基板１０上にＧａＮＰ層２１が成長
された基板を導入し、ＮＨ3 ０．５μｍｏｌ／ｍｉｎと
ＡｓＨ3 ０．１μｍｏｌ／ｍｉｎを流しながら、基板を
９００℃まで加熱する。基板の温度が９００℃になった
ところで、ＴＭＧ２００μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＳｉＨ4
０．０２μｍｏｌ／ｍｉｎ供給し、ｎ型のＧａＮ0.945
Ａｓ0.055層２２を１０μｍ程度成長させる。ＴＭＧ、
ＳｉＨ4 の供給を停止し、ｎ型のＧａＮ0.945 Ａｓ
0.055層２２の成長を停止した後、ＮＨ3 ０．５μｍｏ
ｌ／ｍｉｎとＰＨ3 ０．２μｍｏｌ／ｍｉｎを流しなが
ら、基板を１０００℃まで加熱する。ここで、ＡｓＨ3
を反応管に流すのをやめ、ＴＭＧ８０μｍｏｌ／ｍｉｎ
およびＳｉＨ4０．００８μｍｏｌ／ｍｉｎを流し、ｎ
型のＧａＮ２３の成長を始める。３分間成長後、ＴＭＧ
とＳｉＨ4 の供給を停止し、基板の温度を８５０℃に設
定する。基板の温度が８５０℃になったところで、ＴＭ
Ｇ１２μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＩ１２０μｍｏｌ／ｍｉ
ｎ、ＳｉＨ4 ０．０００８μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＤＭＺｎ
０．０５μｍｏｌ／ｍｉｎ供給し、ＩｎＧａＮ層２４を
１時間成長させる。成長後のＩｎＧａＮ層２４のＩｎの
組成は約６％であった。１時間成長後、ＴＭＧ、ＴＭ
Ｉ、ＳｉＨ4 、ＤＭＺｎの供給を停止し、基板の温度を
１０００℃に設定する。基板の温度が１０００℃になっ
たところで、ＴＭＧ８０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ｃｐ2 Ｍｇ
０．５μｍｏｌ／ｍｉｎ供給し、ＧａＮ層２５を２０分
間成長させ、ＴＭＧ、ｃｐ2 Ｍｇの供給を停止するとと
もに、加熱系の電源を切り、基板の加熱を停止する。基
板の温度が室温に戻ったところでＮＨ3 の供給を停止
し、基板を反応炉から取り出す。
なわち、サファイア基板１０上にＧａＮＰ層２１が成長
された基板を導入し、ＮＨ3 ０．５μｍｏｌ／ｍｉｎと
ＡｓＨ3 ０．１μｍｏｌ／ｍｉｎを流しながら、基板を
９００℃まで加熱する。基板の温度が９００℃になった
ところで、ＴＭＧ２００μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＳｉＨ4
０．０２μｍｏｌ／ｍｉｎ供給し、ｎ型のＧａＮ0.945
Ａｓ0.055層２２を１０μｍ程度成長させる。ＴＭＧ、
ＳｉＨ4 の供給を停止し、ｎ型のＧａＮ0.945 Ａｓ
0.055層２２の成長を停止した後、ＮＨ3 ０．５μｍｏ
ｌ／ｍｉｎとＰＨ3 ０．２μｍｏｌ／ｍｉｎを流しなが
ら、基板を１０００℃まで加熱する。ここで、ＡｓＨ3
を反応管に流すのをやめ、ＴＭＧ８０μｍｏｌ／ｍｉｎ
およびＳｉＨ4０．００８μｍｏｌ／ｍｉｎを流し、ｎ
型のＧａＮ２３の成長を始める。３分間成長後、ＴＭＧ
とＳｉＨ4 の供給を停止し、基板の温度を８５０℃に設
定する。基板の温度が８５０℃になったところで、ＴＭ
Ｇ１２μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＩ１２０μｍｏｌ／ｍｉ
ｎ、ＳｉＨ4 ０．０００８μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＤＭＺｎ
０．０５μｍｏｌ／ｍｉｎ供給し、ＩｎＧａＮ層２４を
１時間成長させる。成長後のＩｎＧａＮ層２４のＩｎの
組成は約６％であった。１時間成長後、ＴＭＧ、ＴＭ
Ｉ、ＳｉＨ4 、ＤＭＺｎの供給を停止し、基板の温度を
１０００℃に設定する。基板の温度が１０００℃になっ
たところで、ＴＭＧ８０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ｃｐ2 Ｍｇ
０．５μｍｏｌ／ｍｉｎ供給し、ＧａＮ層２５を２０分
間成長させ、ＴＭＧ、ｃｐ2 Ｍｇの供給を停止するとと
もに、加熱系の電源を切り、基板の加熱を停止する。基
板の温度が室温に戻ったところでＮＨ3 の供給を停止
し、基板を反応炉から取り出す。
【００７１】取り出したサンプルのサファイア基板２０
を研磨等で除去し、ｎ側電極２６およびｐ側電極２７を
形成して発光素子を作製した。このようにして作製した
素子の特性は、実施例２に示したものと同様の良好な特
性を示した。
を研磨等で除去し、ｎ側電極２６およびｐ側電極２７を
形成して発光素子を作製した。このようにして作製した
素子の特性は、実施例２に示したものと同様の良好な特
性を示した。
【００７２】（実施例４）図１０は、本発明の第４の実
施例にかかる発光素子の製造工程を表す概略工程断面図
である。
施例にかかる発光素子の製造工程を表す概略工程断面図
である。
【００７３】本実施例においては、まず、スパッタ等に
より、サファイア基板３０Ａ上にＺｎＯなどのＧａＮ系
の化合物半導体の格子定数に近い材料からなる層３０Ｂ
を０．１μｍ〜１０μｍの厚さで形成する。これを、Ｍ
ＯＣＶＤ用の基板として用い、ＭＯＣＶＤ法により、Ｇ
ａＮ系化合物半導体層を成長させた。III 族原料にはト
リメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジュウム
（ＴＭＩ）、Ｖ族原料には、アンモニア（ＮＨ3 ）、ホ
スフィン（ＰＨ3 ）を用いた。ドーパント原料にはモノ
シラン（ＳｉＨ4 ）、ジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）、シク
ロペンタジエニルマグネシウム（ｃｐ2 Ｍｇ）を用い
た。
より、サファイア基板３０Ａ上にＺｎＯなどのＧａＮ系
の化合物半導体の格子定数に近い材料からなる層３０Ｂ
を０．１μｍ〜１０μｍの厚さで形成する。これを、Ｍ
ＯＣＶＤ用の基板として用い、ＭＯＣＶＤ法により、Ｇ
ａＮ系化合物半導体層を成長させた。III 族原料にはト
リメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジュウム
（ＴＭＩ）、Ｖ族原料には、アンモニア（ＮＨ3 ）、ホ
スフィン（ＰＨ3 ）を用いた。ドーパント原料にはモノ
シラン（ＳｉＨ4 ）、ジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）、シク
ロペンタジエニルマグネシウム（ｃｐ2 Ｍｇ）を用い
た。
【００７４】上に示した基板をＭＯＣＶＤの装置内に導
入し、Ｎ2 雰囲気中で基板を１０００℃まで加熱する。
ここで、ＮＨ3 ０．５μｍｏｌ／ｍｉｎを流しはじめ、
ついで、ＴＭＧ８０μｍｏｌ／ｍｉｎおよびＳｉＨ4
０．００８μｍｏｌ／ｍｉｎを流し始め、ｎ型のＧａＮ
３１の成長を始める。３分間成長後、ＴＭＧとＳｉＨ4
の供給を停止し、基板の温度を８５０℃に設定する。基
板の温度が８５０℃になったところで、ＴＭＧ１２μｍ
ｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＩ１２０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＳｉＨ
4 ０．０００８μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＤＭＺｎ０．５μｍ
ｏｌ／ｍｉｎ供給し、ＩｎＧａＮ層３２を１時間成長さ
せる。成長後のＩｎＧａＮ層３２のＩｎの組成は約６％
であった。一時間成長後、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＳｉＨ4 、
ＤＭＺｎの供給を停止し、基板の温度を１０００℃に設
定する。基板の温度が１０００℃になったところで、Ｔ
ＭＧ８０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ｃｐ2 Ｍｇ０．５μｍｏｌ
／ｍｉｎ供給し、２０分間成長し、ＴＭＧ、ｃｐ2 Ｍｇ
の供給を停止し、ｐ型ＧａＮ３３の成長を終了し、加熱
系の電源を切り、基板の加熱を停止する。基板の温度が
室温に戻ったところで、ＮＨ3 の供給を停止し、基板を
反応炉から取り出す。この上に気相成長法などにより、
ｐ型ＧａＮ0.935 Ｐ0.065層３４を１０μｍ〜１００μ
ｍ成長させ、そのサンプルを酸などにつけ、ＺｎＯ層３
０Ｂを溶かすことにより、サファイア基板３０Ａを化合
物半導体結晶相から分離した。このようにして得られた
積層体にｎ側電極３５およびｐ側電極３６を形成して作
製した発光素子の特性は、実施例２における素子と同等
の良好な特性を示した。
入し、Ｎ2 雰囲気中で基板を１０００℃まで加熱する。
ここで、ＮＨ3 ０．５μｍｏｌ／ｍｉｎを流しはじめ、
ついで、ＴＭＧ８０μｍｏｌ／ｍｉｎおよびＳｉＨ4
０．００８μｍｏｌ／ｍｉｎを流し始め、ｎ型のＧａＮ
３１の成長を始める。３分間成長後、ＴＭＧとＳｉＨ4
の供給を停止し、基板の温度を８５０℃に設定する。基
板の温度が８５０℃になったところで、ＴＭＧ１２μｍ
ｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＩ１２０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＳｉＨ
4 ０．０００８μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＤＭＺｎ０．５μｍ
ｏｌ／ｍｉｎ供給し、ＩｎＧａＮ層３２を１時間成長さ
せる。成長後のＩｎＧａＮ層３２のＩｎの組成は約６％
であった。一時間成長後、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＳｉＨ4 、
ＤＭＺｎの供給を停止し、基板の温度を１０００℃に設
定する。基板の温度が１０００℃になったところで、Ｔ
ＭＧ８０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ｃｐ2 Ｍｇ０．５μｍｏｌ
／ｍｉｎ供給し、２０分間成長し、ＴＭＧ、ｃｐ2 Ｍｇ
の供給を停止し、ｐ型ＧａＮ３３の成長を終了し、加熱
系の電源を切り、基板の加熱を停止する。基板の温度が
室温に戻ったところで、ＮＨ3 の供給を停止し、基板を
反応炉から取り出す。この上に気相成長法などにより、
ｐ型ＧａＮ0.935 Ｐ0.065層３４を１０μｍ〜１００μ
ｍ成長させ、そのサンプルを酸などにつけ、ＺｎＯ層３
０Ｂを溶かすことにより、サファイア基板３０Ａを化合
物半導体結晶相から分離した。このようにして得られた
積層体にｎ側電極３５およびｐ側電極３６を形成して作
製した発光素子の特性は、実施例２における素子と同等
の良好な特性を示した。
【００７５】なお、上記実施例では、ＧａＮ／ＩｎＧａ
Ｎ／ＧａＮのダブルヘテロ構造の発光素子を例として取
り上げたが、ダブルヘテロ構造に限定されるものではな
く、他の構造にも同様に適用することができる。
Ｎ／ＧａＮのダブルヘテロ構造の発光素子を例として取
り上げたが、ダブルヘテロ構造に限定されるものではな
く、他の構造にも同様に適用することができる。
【００７６】また、基板もＧａＮ0.935 Ｐ0.065 を一例
として取り上げたが、発光層となる層の格子定数に合う
ようにする限りにおいて、他の組成でも同様に適用する
ことができる。また、ＧａＮ1-y Ａｓy を用いる場合も
同様であり、発光層となる層の格子定数に合うようにし
ておくことが好ましい。成長温度や原料の供給量も、所
望の結晶が得られる条件に応じて適宜選択することが可
能である。
として取り上げたが、発光層となる層の格子定数に合う
ようにする限りにおいて、他の組成でも同様に適用する
ことができる。また、ＧａＮ1-y Ａｓy を用いる場合も
同様であり、発光層となる層の格子定数に合うようにし
ておくことが好ましい。成長温度や原料の供給量も、所
望の結晶が得られる条件に応じて適宜選択することが可
能である。
【００７７】
【発明の効果】本発明は、以上詳述した形態で実施さ
れ、以下に説明する効果を奏する。
れ、以下に説明する効果を奏する。
【００７８】まず、発明によれば、燐または砒素を含ん
だバッファ層を設けることにより、サファイアなどの格
子定数が異なる基板上に結晶性の良好なＧａＮ系化合物
半導体層を成長することができるようになる。その結果
として、ＧａＮ系化合物半導体発光素子の発光特性や電
気的特性を改善することができるようになる。
だバッファ層を設けることにより、サファイアなどの格
子定数が異なる基板上に結晶性の良好なＧａＮ系化合物
半導体層を成長することができるようになる。その結果
として、ＧａＮ系化合物半導体発光素子の発光特性や電
気的特性を改善することができるようになる。
【００７９】また、本発明によれば、ＧａＮ1-x Ｐx や
ＧａＮ1-yＡｓyなどの燐または砒素を含んだ材料からな
る結晶基板として用いること、あるいは、サファイア基
板上にＧａＮ1-xＰxまたはＧａＮ1-yＡｓyを成長させた
上にＧａＮ系の発光層を成長させ、その後にサファイア
基板を除去し、素子を作製すること、あるいは、サファ
イア基板上にＧａＮ系の発光層を成長させ、その上にＧ
ａＮ1-xＰxまたはＧａＮ1-yＡｓyを成長させた後、サフ
ァイア基板を除去し、素子を作製することにより、発光
取り出し面に形成する電極部の面積を小さくすることが
できるため、光の取り出し効率を上げることができ、高
効率の発光素子を得ることができる上、チップサイズを
小さくすることができる。
ＧａＮ1-yＡｓyなどの燐または砒素を含んだ材料からな
る結晶基板として用いること、あるいは、サファイア基
板上にＧａＮ1-xＰxまたはＧａＮ1-yＡｓyを成長させた
上にＧａＮ系の発光層を成長させ、その後にサファイア
基板を除去し、素子を作製すること、あるいは、サファ
イア基板上にＧａＮ系の発光層を成長させ、その上にＧ
ａＮ1-xＰxまたはＧａＮ1-yＡｓyを成長させた後、サフ
ァイア基板を除去し、素子を作製することにより、発光
取り出し面に形成する電極部の面積を小さくすることが
できるため、光の取り出し効率を上げることができ、高
効率の発光素子を得ることができる上、チップサイズを
小さくすることができる。
【００８０】また、燐または砒素を含んだ層の格子定数
を、発光層の格子定数にあわせることにより、発光層に
かかる歪みを少なくし、結晶性の良い発光層を得ること
ができ、高効率の発光素子を得ることが可能となる。
を、発光層の格子定数にあわせることにより、発光層に
かかる歪みを少なくし、結晶性の良い発光層を得ること
ができ、高効率の発光素子を得ることが可能となる。
【００８１】さらに、本発明によれば、結晶の硬度が高
いサファイア基板やＧａＮ基板を除去することにより、
発光素子のへき開を容易として、チップの切り出し工程
における歩留まりを改善することができる。
いサファイア基板やＧａＮ基板を除去することにより、
発光素子のへき開を容易として、チップの切り出し工程
における歩留まりを改善することができる。
【００８２】以上説明したように、本発明によれば、簡
素な構成により発光特性が優れたＧａＮ系化合物半導体
発光素子を得ることができるようになり、産業上のメリ
ットは多大である。
素な構成により発光特性が優れたＧａＮ系化合物半導体
発光素子を得ることができるようになり、産業上のメリ
ットは多大である。
【図１】本発明の第１の実施の形態によるＧａＮ系化合
物半導体発光素子の構成を例示する概略断面図である。
物半導体発光素子の構成を例示する概略断面図である。
【図２】従来のバッファ層と、本発明によるバッファ層
と、発光層であるＩｎＧａＮ層の組成比ｘに対する格子
定数の関係を表したグラフ図である。
と、発光層であるＩｎＧａＮ層の組成比ｘに対する格子
定数の関係を表したグラフ図である。
【図３】本発明による第２の発光素子の構成を例示する
概略断面図である。
概略断面図である。
【図４】発光素子を発光面側から眺めた概略平面図であ
る。すなわち、同図（ａ）は本発明による発光素子であ
り、同図（ｂ）は従来の発光素子の平面図である。
る。すなわち、同図（ａ）は本発明による発光素子であ
り、同図（ｂ）は従来の発光素子の平面図である。
【図５】本発明による第３の発光素子の構成を例示する
概略断面図である。
概略断面図である。
【図６】本発明の第１の実施例にかかる発光素子の製造
工程を表す概略工程断面図である。
工程を表す概略工程断面図である。
【図７】本発明の第２の実施例にかかる発光素子の製造
工程を表す概略工程断面図である。
工程を表す概略工程断面図である。
【図８】第２実施例にかかる発光素子の光出力を表すグ
ラフ図である。
ラフ図である。
【図９】本発明の第３の実施例にかかる発光素子の製造
工程を表す概略工程断面図である。
工程を表す概略工程断面図である。
【図１０】本発明の第４の実施例にかかる発光素子の製
造工程を表す概略工程断面図である。
造工程を表す概略工程断面図である。
１ サファイア基板 ２ ｎ型ＧａＮ1-x Ｐx （ＧａＮ1-y Ａｓy ）バッファ
層 ３ ｎ型ＧａＮ1-x Ｐx （ＧａＮ1-y Ａｓy ）層 ４ Ｎ型ＧａＮ層 ５ ＩｎＧａＮ活性層 ６ ｐ型ＧａＮ層 ７ ｎ型電極 ８ ｐ型電極 １１ ｎ型ＧａＮ1-x Ｐx （ＧａＮ1-y Ａｓy ）基板 １２ ｎ型ＧａＮ層 １３ ＩｎＧａＮ層 １４ ｐ型ＧａＮ層 １５ ｎ型電極 １６ ｐ型電極 ２１ サファイア基板 ２２ Ａｌ1-x Ｇａx Ｎバッファ層 ２３ ｎ型ＧａＮ層 ２４ ＩｎＧａＮ活性層 ２５ ｐ型ＧａＮ層 ２６ ｎ型電極 ２７ ｐ型電極 ３１ ｎ型ＧａＮ層 ３２ ＩｎＧａＮ層 ３３ ｐ型ＧａＮ層 ３４ ｐ型ＧａＮ1-x Ｐx （ＧａＮ1-y Ａｓy ）層 ３５ ｎ型電極 ３６ ｐ型電極
層 ３ ｎ型ＧａＮ1-x Ｐx （ＧａＮ1-y Ａｓy ）層 ４ Ｎ型ＧａＮ層 ５ ＩｎＧａＮ活性層 ６ ｐ型ＧａＮ層 ７ ｎ型電極 ８ ｐ型電極 １１ ｎ型ＧａＮ1-x Ｐx （ＧａＮ1-y Ａｓy ）基板 １２ ｎ型ＧａＮ層 １３ ＩｎＧａＮ層 １４ ｐ型ＧａＮ層 １５ ｎ型電極 １６ ｐ型電極 ２１ サファイア基板 ２２ Ａｌ1-x Ｇａx Ｎバッファ層 ２３ ｎ型ＧａＮ層 ２４ ＩｎＧａＮ活性層 ２５ ｐ型ＧａＮ層 ２６ ｎ型電極 ２７ ｐ型電極 ３１ ｎ型ＧａＮ層 ３２ ＩｎＧａＮ層 ３３ ｐ型ＧａＮ層 ３４ ｐ型ＧａＮ1-x Ｐx （ＧａＮ1-y Ａｓy ）層 ３５ ｎ型電極 ３６ ｐ型電極
Claims (24)
- 【請求項１】基板と、 前記基板上に設けられ、燐（Ｐ）および砒素（Ａｓ）の
うちの少なくともいずれかを含む化合物半導体からなる
バッファ層と、 前記バッファ層上に設けられたＧａＮ系化合物半導体か
らなる発光層と、 を備えたことを特徴とするＧａＮ系化合物半導体発光素
子。 - 【請求項２】前記バッファ層と前記発光層との間に、燐
（Ｐ）および砒素（Ａｓ）のうちの少なくともいずれか
を含む化合物半導体からなる単結晶層が設けられている
ことを特徴とする請求項１記載のＧａＮ系化合物半導体
発光素子。 - 【請求項３】前記バッファ層は、組成式ＧａＮ1-x1-y1
Ｐx1Ａｓy1（ここで、０＜ｘ1＋ｙ1＜１、０≦ｘ1、０
≦ｙ1）により表される化合物半導体からなることを特
徴とする請求項１または２に記載のＧａＮ系化合物半導
体発光素子。 - 【請求項４】前記単結晶層は、組成式ＧａＮ1-x2-y2Ｐ
x2Ａｓy2（ここで、０＜ｘ2＋ｙ2＜１、０≦ｘ2、０≦
ｙ2）により表される化合物半導体からなることを特徴
とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のＧａＮ系化
合物半導体発光素子。 - 【請求項５】前記発光層は、ＩｎzＧａ1-zＮ（ここで、
０＜ｚ＜１）からなり、 前記バッファ層は、前記発光層と格子整合する材料から
なることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記
載のＧａＮ系化合物半導体発光素子。 - 【請求項６】前記発光層は、組成式ＩｎzＧａ1-zＮ（こ
こで、０＜ｚ＜１）により表される化合物半導体からな
り、 前記バッファ層または前記単結晶層のうちの少なくとも
いずれかは、組成式ＧａＮ1-xＰx（ここで、０＜ｘ≦
１）またはＧａＮ1-yＡｓy（ここで、０＜ｙ≦１）のう
ちのいずれかにより表される化合物半導体からなり、 前記組成式における組成ｚと、組成ｘまたは組成ｙとが
次式： （351／317）ｚ−0.0317≦ｘ≦（351／317）ｚ＋0.0317 または （351／400）ｚ−0.04≦ｙ≦（351／400）ｚ＋0.04 で表される関係を満足していることを特徴とする請求項
１〜５のいずれか１つに記載のＧａＮ系化合物半導体発
光素子。 - 【請求項７】前記発光層は、組成式ＩｎzＧａ1-zＮ（こ
こで、０≦ｚ≦１とする）により表される化合物半導体
からなり、 前記バッファ層または前記単結晶層のうちの少なくとも
いずれかは、組成式ＧａＮ1-wx-(1-w)yＰwxＡｓ(1-w)y
（ここで、０≦ｗ≦１、０≦ｘ≦１、および０≦ｙ≦
１）により表される化合物半導体からなり、 前記組成式における組成ｚと、組成比ｘまたは組成比ｙ
とが次式： （351／317）ｚ−0.0317≦ｘ≦（351／317）ｚ＋0.0317 および （351／400）ｚ−0.04≦ｙ≦（351／400）ｚ＋0.04 で表される関係を満足していることを特徴とする請求項
１〜５のいずれか１つに記載のＧａＮ系化合物半導体発
光素子。 - 【請求項８】前記バッファ層と前記発光層との間に積層
させるＧａＮ系化合物半導体の厚さが０．２μｍ以下で
ある、請求項１〜７のいずれか１つに記載のＧａＮ系化
合物半導体発光素子。 - 【請求項９】前記基板は、サファイア、ＺｎＯ、ＧａＡ
ｓ、スピネル、ＳｉＣ、およびＳｉからなる群より選択
されたいずれかの材料により構成されていることを特徴
とする請求項１〜８のいずれか１つに記載のＧａＮ系化
合物半導体発光素子。 - 【請求項１０】第１の電極と、 前記第１の電極の上に設けられ、燐（Ｐ）および砒素
（Ａｓ）のうちの少なくともいずれかを含む第１導電型
の化合物半導体からなり、前記第１の電極と接続された
第１の層と、 前記第１の層の上に設けられた第１導電型のＧａＮ系化
合物半導体からなる第２の層と、 前記第２の層の上に設けられたＧａＮ系化合物半導体か
らなる発光層と、 前記発光層の上に設けられた第２導電型のＧａＮ系化合
物半導体からなる第３の層と、 前記第３の層の上に設けられた第２の電極と、 を備えたことを特徴とするＧａＮ系化合物半導体発光素
子。 - 【請求項１１】前記第１の層は、ＧａＮ1-x-yＰxＡｓy
（ここで、０＜ｘ＋ｙ＜１、ｘ≧０、ｙ≧０）からなる
ことを特徴とする請求項１０記載のＧａＮ系化合物半導
体発光素子。 - 【請求項１２】前記第１導電型は、ｎ型であり、 前記第２導電型は、ｐ型であることを特徴とする請求項
１０または１１に記載のＧａＮ系化合物半導体発光素
子。 - 【請求項１３】前記第１導電型は、ｐ型であり、 前記第２導電型は、ｎ型であることを特徴とする請求項
１０または１１に記載のＧａＮ系化合物半導体発光素
子。 - 【請求項１４】前記第２の層は、ＧａＮからなり、 前記発光層は、ＩｎzＧａ1-zＮ（ここで、０＜ｚ≦１）
からなり、 前記第３の層は、ＧａＮからなることを特徴とする請求
項１０〜１３のいずれか１つに記載のＧａＮ系化合物半
導体発光素子。 - 【請求項１５】前記第２の層は、ＡｌＧａＮからなり、 前記発光層は、ＩｎzＧａ1-zＮ（ここで、０≦ｚ≦１）
からなり、 前記第３の層は、ＡｌＧａＮからなることを特徴とする
請求項１０〜１３のいずれか１つに記載のＧａＮ系化合
物半導体発光素子。 - 【請求項１６】発光素子の発光領域がｐ−ｎ接合からな
る、請求項１〜１５のいずれか１項に記載のＧａＮ系化
合物半導体発光素子。 - 【請求項１７】発光素子の発光領域が少なくとも１重の
ヘテロ接合からなる、請求項１〜１５のいずれか１項に
記載のＧａＮ系化合物半導体発光素子。 - 【請求項１８】発光素子の発光領域が１つあるいは多重
の量子井戸構造からなる、請求項１〜１５のいずれか１
項に記載のＧａＮ系化合物半導体発光素子。 - 【請求項１９】基板上に、燐（Ｐ）および砒素（Ａｓ）
のうちの少なくともいずれかを含む化合物半導体層を堆
積する工程と、 前記化合物半導体層の上に、ＧａＮ系化合物半導体層を
堆積する工程と、を備えたことを特徴とするＧａＮ系化
合物半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項２０】前記ＧａＮ系化合物半導体層を堆積する
工程の後に前記基板を除去する工程と、 前記基板を除去する工程により得られた積層体の最上層
の表面と、最下層の裏面とにそれぞれ電極を設ける工程
と、 をさらに備えた請求項１９記載のＧａＮ系化合物半導体
発光素子の製造方法。 - 【請求項２１】基板上に、燐（Ｐ）および砒素（Ａｓ）
のうちの少なくともいずれかを含む化合物半導体層を堆
積する工程と、 前記基板を除去して前記化合物半導体層を取り出す工程
と、 前記取り出した化合物半導体層の上にＧａＮ系化合物半
導体層を堆積する工程と、を備えたことを特徴とするＧ
ａＮ系化合物半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項２２】基板上にＧａＮ系化合物半導体層を堆積
する工程と、 前記ＧａＮ系化合物半導体層の上に、燐（Ｐ）および砒
素（Ａｓ）のうちの少なくともいずれかを含む化合物半
導体層を堆積する工程と、 前記基板を除去する工程と、 前記基板を除去する工程により得られた積層体の最上層
の表面と、最下層の裏面とにそれぞれ電極を設ける工程
と、を備えたことを特徴とするＧａＮ系化合物半導体発
光素子の製造方法。 - 【請求項２３】前記化合物半導体層は、下記式： ＧａＮ1-x-yＰxＡｓy （ここで、０＜ｘ＋ｙ＜１、ｘ≧０、ｙ≧０） で表される化合物半導体からなることを特徴とする請求
項１９〜２２のいずれか１つに記載の方法。 - 【請求項２４】前記ＧａＮ系化合物半導体層は、組成式
ＩｎzＧａ1-zＮ（ここで、０≦ｚ≦１とする）により表
される発光層を少なくとも含み、 前記燐（Ｐ）および砒素（Ａｓ）のうちの少なくともい
ずれかを含む前記化合物半導体層は、組成式ＧａＮ
1-wx-(1-w)yＰwxＡｓ(1-w)y（ここで、０≦ｗ≦１、０
≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ただしｘ＝ｙ＝０は除く）によ
り表される化合物半導体からなり、 前記組成式における組成ｚと、組成比ｘまたは組成比ｙ
とが次式： （351／317）ｚ−0.0317≦ｘ≦（351／317）ｚ＋0.0317 および （351／400）ｚ−0.04≦ｙ≦（351／400）ｚ＋0.04 で表される関係を満足していることを特徴とする請求項
１９〜２３のいずれか１つに記載の方法。
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1997
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