JPH10163523A - Manufacturing iii-v compd. semiconductor and light-emitting element - Google Patents

Manufacturing iii-v compd. semiconductor and light-emitting element

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JPH10163523A
JPH10163523A JP32291196A JP32291196A JPH10163523A JP H10163523 A JPH10163523 A JP H10163523A JP 32291196 A JP32291196 A JP 32291196A JP 32291196 A JP32291196 A JP 32291196A JP H10163523 A JPH10163523 A JP H10163523A
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JP
Japan
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layer
compound semiconductor
group
growth
light
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JP32291196A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasushi Iechika
泰 家近
Tomoyuki Takada
朋幸 高田
Katsumi Inui
勝美 乾
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Sumitomo Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Chemical Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a III-V compd. semiconductor, having high productivity, improved yield and stable characteristic, and a light- emitting element using the same. SOLUTION: The method of manufacturing a III-V compd. semiconductor, whereby a first Gaa Alb N (0<=a<=1, 0<=b<=1, a+b=1) III-V compd. semiconductor layer 3 over 1000 deg.C and then a second Inx Gay Alz N (0<x<=1, 0<=y<1, 0<=z<1, x+y+z=1) III-V compd. semiconductor layer 5 below 1000 deg.C are grown comprises, prior to growing the second layer 5, which makes a third Gav Alw N (0<=v<=1, 0<=w<=1, v+w=1) III-V compd. semiconductor layer 4 below 1000 deg.C grown.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、3−5族化合物半
導体の製造方法および該製造方法により得られた化合物
半導体を用いた発光素子に関する。
The present invention relates to a method for producing a Group 3-5 compound semiconductor and a light emitting device using the compound semiconductor obtained by the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】紫外、青色もしくは緑色の発光ダイオー
ドまたは紫外、青色もしくは緑色のレーザダイオード等
の発光素子の材料として、一般式Inx Gay Alz
(ただし、x+y+z=1、0≦x≦1、0≦y≦1、
0≦z≦1)で表される3−5族化合物半導体が知られ
ている。以下、この一般式中のx、yおよびzをそれぞ
れInN混晶比、GaN混晶比、およびAlN混晶比と
記すことがある。該3−5族化合物半導体においては、
特にInNを混晶比で10%以上含むものは、InN混
晶比に応じて可視領域での発光波長を調整できるため、
表示用途に特に重要である。
BACKGROUND ART ultraviolet, blue or green light emitting diodes or ultraviolet, as a material for light emitting elements such as blue or green laser diodes, the general formula In x Ga y Al z N
(However, x + y + z = 1, 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1,
Group 3-5 compound semiconductors represented by 0 ≦ z ≦ 1) are known. Hereinafter, x, y, and z in this general formula may be referred to as an InN mixed crystal ratio, a GaN mixed crystal ratio, and an AlN mixed crystal ratio, respectively. In the group 3-5 compound semiconductor,
In particular, those containing 10% or more of InN in the mixed crystal ratio can adjust the emission wavelength in the visible region according to the InN mixed crystal ratio.
Particularly important for display applications.

【0003】該3−5族化合物半導体は、サファイア、
GaAs、ZnO等の種々の基板の上に成膜することが
試みられているが、格子定数や化学的性質が該化合物半
導体と大きく異なるため、充分高品質の結晶が得られて
いなかった。このため、該化合物半導体と格子定数、化
学的性質がよく似ているGaNの結晶をまず成長し、こ
の上に該化合物半導体を成長することで優れた結晶を得
ることが試みられている(特公昭55−3834号公
報)。
[0003] The group 3-5 compound semiconductor is sapphire,
Attempts have been made to form films on various substrates such as GaAs, ZnO, etc. However, since the lattice constant and chemical properties are significantly different from those of the compound semiconductor, sufficiently high quality crystals have not been obtained. For this reason, it has been attempted to first grow a GaN crystal having a similar lattice constant and chemical properties to the compound semiconductor, and then obtain an excellent crystal by growing the compound semiconductor thereon. JP-B-55-3834).

【0004】ところで、該3−5族化合物半導体のうち
Inを含むものとInを含まないものものでは、成長条
件、熱的安定性に大きな差がある。具体的には、該3−
5族化合物半導体のうちInを含まないものは、熱的安
定性が比較的高く、1000℃を超える温度で良好な結
晶性のものが得られることが知られている。一方、In
を含む該3−5族化合物半導体は、熱的安定性が低く、
800℃程度の比較的低い温度で成長することで、良好
な結晶性のものが得られる。
Incidentally, among the group 3-5 compound semiconductors, those containing In and those not containing In have a large difference in growth conditions and thermal stability. Specifically, the 3-
It is known that among the group V compound semiconductors, those not containing In have relatively high thermal stability and can obtain good crystallinity at temperatures exceeding 1000 ° C. On the other hand, In
The group 3-5 compound semiconductor having low thermal stability,
By growing at a relatively low temperature of about 800 ° C., good crystallinity can be obtained.

【0005】上記のような事情により、従来の方法によ
ると、Inを含まない層を成長した後、一旦成長を中断
し、その間基板の温度をInを含む層の成長温度に調整
し、温度の調整が完了した後、再びInを含む層の成長
を開始することになる。ところが、成長の中断時間が長
い場合には発光素子の輝度が低くなるなどの特性の低下
する場合もある。さらに、この成長の中断時間が一定で
ないと、つぎに成長するInを含む層の結晶性が変化す
るなどのため、結果的には発光素子の特性が安定しなく
なる。このような特性の低下を防ぎ、さらに再現性よく
安定した特性を実現するためには、上記の成長中断時間
はなるべく短いことが好ましく、生産性の高い製造方法
が望まれていた。。
Under the circumstances described above, according to the conventional method, after growing a layer containing no In, the growth is temporarily stopped, and during that time, the temperature of the substrate is adjusted to the growth temperature of the layer containing In. After the adjustment is completed, the growth of the In-containing layer is started again. However, when the interruption time of the growth is long, characteristics such as a decrease in luminance of the light emitting element may be deteriorated. Further, if the interruption time of the growth is not constant, the crystallinity of the next In-containing layer changes, and as a result, the characteristics of the light emitting element become unstable. In order to prevent such a decrease in characteristics and realize stable characteristics with good reproducibility, the above-mentioned growth interruption time is preferably as short as possible, and a production method with high productivity has been desired. .

【0006】ところで、基板の温度は基板および基板を
載置するサセプタと呼ばれる部分の熱放出、成長装置の
壁の反射率や透過率などにより大きく依存する。つま
り、同じ熱量をサセプタに加えても、サセプタや成長装
置の壁の汚れ具合などにより基板の温度が変化する。こ
のように成長装置の状態が変化しても基板の温度を一定
に保つ制御は、一般にPID制御と呼ばれる方法で比較
的簡便に精度よく行なうことができる。ところが、一定
の温度から別の温度への温度を変化させる制御に関して
は、PID制御を用いても変化に要する時間は、基板周
辺の成長装置の温度、成長装置の汚れ具合などに依存
し、充分短い時間内に目的の温度に安定させることは難
しい。このように従来の方法では、成長の中断時間を充
分短くすることが難しいため、最終的な発光素子におい
て駆動電圧、輝度、寿命、発光波長等の特性で目的の特
性が得られない、またはこれらの特性のエピ基板での面
内分布が大きくなるなどの場合が生じやすく、歩留まり
の低下が避けられなかった。
Incidentally, the temperature of the substrate greatly depends on the heat release of the substrate and a portion called a susceptor on which the substrate is mounted, the reflectance and the transmittance of the wall of the growth apparatus, and the like. That is, even if the same amount of heat is applied to the susceptor, the temperature of the substrate changes due to the degree of contamination of the susceptor and the wall of the growth apparatus. As described above, control for keeping the temperature of the substrate constant even when the state of the growth apparatus changes can be performed relatively simply and accurately by a method generally called PID control. However, with respect to the control for changing the temperature from a certain temperature to another temperature, even if the PID control is used, the time required for the change depends on the temperature of the growth device around the substrate, the degree of contamination of the growth device, and the like. It is difficult to stabilize the target temperature within a short time. As described above, in the conventional method, it is difficult to sufficiently reduce the interruption time of the growth, so that the desired characteristics cannot be obtained in the characteristics such as driving voltage, luminance, lifetime, and emission wavelength in the final light emitting element, or In such a case, the in-plane distribution on the epi-substrate having the above characteristics tends to be large, and the yield is inevitably reduced.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、生産
性が高く、歩留まりが向上した、特性の安定な3−5族
化合物半導体の製造方法およびこれを用いた発光素子を
提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a group III-V compound semiconductor having high productivity, improved yield, and stable characteristics, and a light emitting device using the same. is there.

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

【0008】本発明者らは、このような状況をみて鋭意
検討の結果、1000℃を超える温度でInを含まない
層を成長した後、1000℃以下でInを含む層を成長
する方法において、該Inを含む層を成長する前に、特
定の条件で中間層を成長することで上記のような問題を
解決できることを見出し本発明に至った。すなわち、本
発明は、〔1〕一般式Gaa Alb N(式中、0≦a≦
1、0≦b≦1、a+b=1)で表される3−5族化合
物半導体からなる第1の層を1000℃を超える温度で
成長させた後、一般式Inx Gay Alz N(式中、0
<x≦1、0≦y<1、0≦z<1、x+y+z=1)
で表される3−5族化合物半導体層からなる第2の層を
1000℃以下で成長させる3−5族化合物半導体の成
長方法において、第2の層を成長させる前に一般式Ga
v Alw N(式中、0≦v≦1、0≦w≦1、v+w=
1)で表される3−5族化合物半導体からなる第3の層
を1000℃以下の温度で成長させる3−5族化合物半
導体の製造方法に係るものである。また、本発明は、
〔2〕前記の〔1〕記載の3−5族化合物半導体の製造
方法により得られた3−5族化合物半導体を用いたこと
を特徴とする発光素子に係るものである。次に、本発明
を詳細に説明する。
The present inventors have conducted intensive studies in view of such a situation. As a result, a method of growing a layer containing no In at a temperature exceeding 1000 ° C. and then growing a layer containing In at a temperature of 1000 ° C. or less, The present inventors have found that the above-mentioned problem can be solved by growing an intermediate layer under specific conditions before growing the layer containing In. That is, the present invention relates to [1] a general formula Ga a Al b N (where 0 ≦ a ≦
1,0 ≦ b ≦ 1, a + b = 1) a first layer comprising a Group III-V compound semiconductor represented by a temperature in excess of 1000 ° C. After growth, the general formula In x Ga y Al z N ( Where 0
<X ≦ 1, 0 ≦ y <1, 0 ≦ z <1, x + y + z = 1)
In the method for growing a group III-V compound semiconductor, in which the second layer composed of the group III-V compound semiconductor layer represented by
v Al w N (where 0 ≦ v ≦ 1, 0 ≦ w ≦ 1, v + w =
The present invention relates to a method for manufacturing a Group 3-5 compound semiconductor, wherein a third layer made of a Group 3-5 compound semiconductor represented by 1) is grown at a temperature of 1000 ° C. or lower. Also, the present invention
[2] A light emitting device using a Group 3-5 compound semiconductor obtained by the method for manufacturing a Group 3-5 compound semiconductor according to [1]. Next, the present invention will be described in detail.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】本発明の3−5族化合物半導体の
製造方法は、一般式Gaa Alb N(式中、0≦a≦
1、0≦b≦1、a+b=1)で表される3−5族化合
物半導体からなる第1の層を1000℃を超える温度で
成長させた後、一般式Inx Gay Alz N(式中、0
<x≦1、0≦y<1、0≦z<1、x+y+z=1)
で表される3−5族化合物半導体層からなる第2の層を
1000℃以下で成長させる前に、一般式Gav Alw
N(式中、0≦v≦1、0≦w≦1、v+w=1)で表
される3−5族化合物半導体からなる第3の層を100
0℃以下の温度で成長させることを特徴とする。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The method for producing a Group 3-5 compound semiconductor according to the present invention uses a general formula Ga a Al b N (where 0 ≦ a ≦
1,0 ≦ b ≦ 1, a + b = after growing a first layer of a 3-5 group compound semiconductor represented by a temperature exceeding 1000 ° C. 1), the general formula In x Ga y Alz N (wherein Medium, 0
<X ≦ 1, 0 ≦ y <1, 0 ≦ z <1, x + y + z = 1)
Before growing the second layer made of a group III- V compound semiconductor layer represented by the formula below at 1000 ° C. or less, the general formula Ga v Al w
A third layer made of a Group 3-5 compound semiconductor represented by N (where 0 ≦ v ≦ 1, 0 ≦ w ≦ 1, v + w = 1) is 100
The growth is performed at a temperature of 0 ° C. or less.

【0010】本発明により得られた3−5族化合物半導
体を用いた発光素子の構造の1例を図1に示す。図1に
示す例は、基板1の上に、バッファ層2、第1の層であ
るn型GaN層3、第3の層4、第2の層からなる発光
層5、保護層6、p型層7とをこの順に積層したもので
ある。第1の層であるn型GaN層3にn電極、p型層
7にp電極を設け、順方向に電圧を加えることで電流が
注入され、発光層5からの発光が得られる。
FIG. 1 shows an example of the structure of a light emitting device using a Group 3-5 compound semiconductor obtained according to the present invention. In the example shown in FIG. 1, a buffer layer 2, an n-type GaN layer 3 as a first layer, a third layer 4, a light-emitting layer 5 including a second layer, a protective layer 6, The mold layer 7 is laminated in this order. An n-type GaN layer 3 serving as a first layer is provided with an n-electrode, and a p-type layer 7 is provided with a p-electrode. By applying a voltage in the forward direction, current is injected and light emission from the light emitting layer 5 is obtained.

【0011】以下、図1により本発明をさらに詳しく説
明する。第1の層は、一般式Gaa Alb N(式中、0
≦a≦1、0≦b≦1、a+b=1)で表される3−5
族化合物半導体からなる。該第1の層は1000℃を超
える温度で成長される。該第1の層の具体的な例として
は、基板上に直接、またはバッファ層を介して成長され
る層である。また、該第1の層は、Inを含む3−5族
化合物半導体層、またはInを含まない3−5族化合物
半導体層の上に、1000℃を超える温度で成長しても
よい。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to FIG. The first layer has a general formula of Ga a Al b N (where
3-5 represented by ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1, a + b = 1)
It consists of a group III compound semiconductor. The first layer is grown at a temperature above 1000 ° C. Specific examples of the first layer are layers grown directly on a substrate or via a buffer layer. Further, the first layer may be grown at a temperature higher than 1000 ° C. over the In-containing Group 3-5 compound semiconductor layer or the In-free Group 3-5 compound semiconductor layer.

【0012】第1の層のAlN混晶比が高い場合には、
発光素子に用いた場合、駆動電圧が高くなる傾向がある
ため、AlN混晶比は0.5以下にすることが好まし
く、さらに好ましくは0.3以下、特に好ましくは0.
2以下である。第1の層に不純物をドーピングしない場
合、AlN混晶比または膜厚によっては第1の層の抵抗
が大きくなる場合がある。このような場合には、発光素
子とした場合に駆動電圧が高くなるので、第1の層は結
晶性を低下させない範囲でドーピングすることが好まし
い。結晶性を低下させない観点からは、第1の層は、n
型にドーピングすることが好ましい。好ましいn型キャ
リア濃度としては、1×1016cm-3以上1×1022
-3以下が挙げられる。さらに好ましいキャリア濃度の
範囲は、1×1017cm-3以上1×1021cm-3以下で
ある。キャリア濃度が1×1016cm-3より小さい場
合、充分な伝導度を得ることができない場合があり、ま
たキャリア濃度が1×1022cm-3より大きい場合、第
1の層の結晶性が低下する場合がある。
When the AlN mixed crystal ratio of the first layer is high,
When used in a light emitting device, the driving voltage tends to be high, so that the AlN mixed crystal ratio is preferably 0.5 or less, more preferably 0.3 or less, and particularly preferably 0.1 or less.
2 or less. When the first layer is not doped with an impurity, the resistance of the first layer may increase depending on the AlN mixed crystal ratio or the film thickness. In such a case, the driving voltage is increased when the light-emitting element is used. Therefore, it is preferable that the first layer be doped so as not to lower the crystallinity. From the viewpoint of not lowering the crystallinity, the first layer is composed of n
Preferably, the mold is doped. A preferable n-type carrier concentration is 1 × 10 16 cm −3 or more and 1 × 10 22 c
m -3 or less. A more preferable range of the carrier concentration is 1 × 10 17 cm −3 or more and 1 × 10 21 cm −3 or less. When the carrier concentration is less than 1 × 10 16 cm −3 , sufficient conductivity may not be obtained, and when the carrier concentration is more than 1 × 10 22 cm −3 , the crystallinity of the first layer may be reduced. May decrease.

【0013】本発明における第3の層は、一般式Gav
Alw N(式中、0≦v≦1、0≦w≦1、v+w=
1)で表される3−5族化合物半導体からなる。第3の
層は、第1の層に接しており、1000℃以下の温度で
成長させることを特徴とする。第3の層は、1000℃
以下で成長される混晶比の異なる複数の層の積層構造で
あってもよい。第3の層の成長温度が600℃より低い
場合、第3の層の結晶性が低下する場合があるので好ま
しくない。第3の層の好ましい成長温度の範囲は600
℃以上、980℃以下であり、さらに好ましくは650
℃以上950℃以下である。第3の層の成長温度が上記
の範囲内であれば、本発明の効果は良好に現われるが、
さらに以下の点に注目して成長温度を目的に応じて適性
化することもできる。すなわち、第3の層の結晶性をな
るべく良好にしたい場合、またはなるべく大きな成長速
度で第3の層を成長したい場合には、成長温度は高い方
が好ましい。この場合には、成長温度は、上記の成長温
度の範囲内で高くすればよい。一方、第3の層と第2の
層の間の成長中断の時間を短くしようとする場合には、
第3の層の成長温度は、第2の層の成長温度と同じにす
ればよい。そのほか、製造装置の特性、全体の成長時間
等の点を勘案して第3の層の成長温度を適切に設定する
ことができる。
The third layer according to the present invention has the general formula Ga v
Al w N (where 0 ≦ v ≦ 1, 0 ≦ w ≦ 1, v + w =
It consists of a group 3-5 compound semiconductor represented by 1). The third layer is in contact with the first layer, and is grown at a temperature of 1000 ° C. or less. The third layer is 1000 ° C.
A stacked structure of a plurality of layers having different mixed crystal ratios grown below may be used. If the growth temperature of the third layer is lower than 600 ° C., the crystallinity of the third layer may be undesirably reduced. A preferred growth temperature range for the third layer is 600
C. or higher and 980 ° C. or lower, more preferably 650 ° C.
It is higher than 950 ° C. When the growth temperature of the third layer is within the above range, the effect of the present invention is excellent, but
Further, by focusing on the following points, the growth temperature can be optimized according to the purpose. That is, when it is desired to improve the crystallinity of the third layer as much as possible, or when it is desired to grow the third layer at a growth rate as high as possible, the growth temperature is preferably higher. In this case, the growth temperature may be set higher within the range of the growth temperature. On the other hand, when trying to shorten the time of the growth interruption between the third layer and the second layer,
The growth temperature of the third layer may be the same as the growth temperature of the second layer. In addition, the growth temperature of the third layer can be appropriately set in consideration of the characteristics of the manufacturing apparatus, the overall growth time, and the like.

【0014】第3の層のAlN混晶比が高い場合には、
発光素子に用いた場合、駆動電圧が高くなる傾向がある
ため、AlN混晶比は、0.5以下にすることが好まし
く、さらに好ましくは0.3以下、特に好ましくは0.
2以下である。第3の層に不純物をドーピングしない場
合、AlN混晶比または膜厚によっては第3の層の抵抗
が大きくなる場合がある。このような場合には、発光素
子とした場合に駆動電圧が高くなるので、第3の層は、
結晶性を低下させない範囲でドーピングすることが好ま
しい。結晶を低下させない観点からは、第3の層はn型
にドーピングすることが好ましい。好ましいn型キャリ
ア濃度としては、1×1016cm-3以上1×1022cm
-3以下が挙げられる。さらに好ましい、キャリア濃度の
範囲は、1×1017cm-3以上1×1021cm-3以下で
ある。キャリア濃度が1×1016cm-3より小さい場
合、充分な伝導度を得ることができない場合があり、ま
たキャリア濃度が1×1022cm-3より大きい場合、第
1の層の結晶性が低下する場合がある。
When the AlN mixed crystal ratio of the third layer is high,
When used in a light emitting device, the driving voltage tends to be high, so that the AlN mixed crystal ratio is preferably 0.5 or less, more preferably 0.3 or less, and particularly preferably 0.1 or less.
2 or less. When the third layer is not doped with an impurity, the resistance of the third layer may increase depending on the AlN mixed crystal ratio or the film thickness. In such a case, the driving voltage becomes high when the light emitting element is used, so the third layer
It is preferable to dope as long as the crystallinity is not reduced. From the viewpoint of not lowering the crystal, the third layer is preferably doped with n-type. A preferable n-type carrier concentration is 1 × 10 16 cm −3 or more and 1 × 10 22 cm.
-3 or less. A more preferable range of the carrier concentration is 1 × 10 17 cm −3 or more and 1 × 10 21 cm −3 or less. When the carrier concentration is less than 1 × 10 16 cm −3 , sufficient conductivity may not be obtained, and when the carrier concentration is more than 1 × 10 22 cm −3 , the crystallinity of the first layer may be reduced. May decrease.

【0015】第3の層の好ましい膜厚の範囲は、5Å以
上1μm以下であり、さらに好ましい範囲は、20Å以
上5000Å以下である。第3の層が5Åより薄い場
合、本発明の効果が顕著でない。また、1μmより厚い
場合、成長に時間がかかりすぎ、実用的でない。第3の
層は、比較的低い温度で成長するため、成長速度が大き
いと結晶性が低下する場合がある。良好な結晶性を確保
するために好ましい成長速度の範囲は、1Å/分以上5
00Å/分以下である。第3の層の成長速度が1Å/分
より小さい場合、第3の層の成長に時間がかかりすぎ実
用的でない。また、500Å/分より大きい場合には、
良好な結晶性を得ることが難しい。
The preferred range of the thickness of the third layer is 5 ° to 1 μm, and the more preferred range is 20 ° to 5000 °. When the third layer is thinner than 5 °, the effect of the present invention is not remarkable. On the other hand, if it is thicker than 1 μm, it takes too much time for growth, which is not practical. Since the third layer grows at a relatively low temperature, the crystallinity may decrease when the growth rate is high. A preferable range of the growth rate for securing good crystallinity is 1Å / min or more.
00 ° / min or less. When the growth rate of the third layer is less than 1 ° / min, the growth of the third layer takes too much time and is not practical. If it is larger than 500 ° / min,
It is difficult to obtain good crystallinity.

【0016】次に、第2の層について説明する。第2の
層は、発光素子の活性層として有用であるため、以下第
2の層を発光層と記すことがある。該3−5族化合物半
導体の格子定数は、混晶比により大きく変化する。第3
の層と第2の層との間の格子定数に大きな差がある場
合、格子不整合による歪みの大きさに応じて第2の層の
厚さを小さくすることで、第2の層での欠陥の発生を抑
制できる場合があるため好ましい。好ましい第2の層の
厚さの範囲は、歪みの大きさに依存する。第2の層とし
て、InN混晶比が10%以上の層を積層する場合、好
ましい厚さは、300Å以下であり、さらに好ましくは
90Å以下である。300Åより大きい場合、第2の層
に欠陥が発生し好ましくない。また、第2の層を発光素
子の活性層として用いる場合、第2の層の厚さを小さく
することで、電荷を高密度に発光層に閉じ込めることが
できるため、発光効率を向上させることができる。この
ため、格子定数の差が上記の例よりも小さい場合でも、
第2の層の厚さは上記の例と同様にすることが好まし
い。なお、第2の層を発光素子の活性層として用いる場
合、第2の層の膜厚は、5Å以上であることが好まし
く、さらに好ましくは15Å以上である。第2の層の厚
さが5Åより小さい場合、発光効率が充分でなくなる。
Next, the second layer will be described. Since the second layer is useful as an active layer of a light-emitting element, the second layer may be hereinafter referred to as a light-emitting layer. The lattice constant of the group III-V compound semiconductor greatly changes depending on the mixed crystal ratio. Third
When there is a large difference in the lattice constant between the second layer and the second layer, the thickness of the second layer is reduced by reducing the thickness of the second layer according to the magnitude of the strain due to the lattice mismatch. This is preferable because the occurrence of defects can be suppressed in some cases. The preferred thickness range of the second layer depends on the magnitude of the strain. When a layer having an InN mixed crystal ratio of 10% or more is laminated as the second layer, the preferred thickness is 300 ° or less, and more preferably 90 ° or less. If it is larger than 300 °, defects are generated in the second layer, which is not preferable. In the case where the second layer is used as an active layer of a light-emitting element, charge can be confined in the light-emitting layer with high density by reducing the thickness of the second layer, so that emission efficiency can be improved. it can. Therefore, even if the difference in lattice constant is smaller than the above example,
The thickness of the second layer is preferably the same as in the above example. Note that when the second layer is used as an active layer of a light-emitting element, the thickness of the second layer is preferably 5 ° or more, more preferably 15 ° or more. If the thickness of the second layer is less than 5 °, the luminous efficiency will not be sufficient.

【0017】第2の層がAlを含む場合、O等の不純物
を取り込みやすく、発光効率が下がることがある。この
ような場合には、第2の層としては、Alを含まない一
般式Inx Gay N(ただし、x+y=1、0<x≦
1、0≦y<1)で表されるものを利用することができ
る。
When the second layer contains Al, impurities such as O are easily taken in and the luminous efficiency may be reduced. In such a case, as the second layer, generally it does not contain Al formula In x Ga y N (provided that, x + y = 1,0 <x ≦
1, 0 ≦ y <1) can be used.

【0018】本発明によらない場合、第2の層は、第1
の層の上に直接成長することになる。その場合、第2の
層が薄くなるにつれて第1の層と第2の層の界面の影響
が相対的に大きく現われるため、成長温度を変える際の
成長中断の影響もより強く現われる。言い換えれば、第
2の層が薄いほど、最終的な素子の特性の低下、歩留ま
りの低下が顕著になる。この点で、本発明は、前記のよ
うな非常に膜厚の小さな第2の層を用いる場合に効果が
大きい。
If not according to the invention, the second layer is the first
Will grow directly on this layer. In this case, as the thickness of the second layer becomes thinner, the influence of the interface between the first layer and the second layer becomes relatively large, so that the influence of the growth interruption at the time of changing the growth temperature also becomes stronger. In other words, the thinner the second layer is, the more remarkable the degradation of the final device characteristics and the yield are. In this regard, the present invention has a great effect when the second layer having a very small thickness as described above is used.

【0019】発光層は、1層であってもよいが、複数で
あってもよい。このような構造の例としては、n層の発
光層と、(n+1)層の発光層よりもバンドギャップの
大きな層とが、交互に積層してなる(2n+1)層の積
層構造が挙げられる。ここでnは正の整数であり、1以
上50以下であることが好ましく、さらに好ましくは1
以上30以下である。nが50以上の場合には、発光効
率が下がり、成長に時間がかかる場合があるのであまり
好ましくない。このような複数の発光層を有する構造
は、強い光出力が必要な半導体レーザーを作製する場合
に特に有用である。
The light emitting layer may be a single layer or a plurality of light emitting layers. As an example of such a structure, a stacked structure of (2n + 1) layers in which n light-emitting layers and layers having a band gap larger than that of the (n + 1) light-emitting layers are alternately stacked. Here, n is a positive integer, preferably 1 or more and 50 or less, more preferably 1 or more.
It is 30 or less. When n is 50 or more, the luminous efficiency is reduced, and the growth may take a long time, which is not preferable. Such a structure having a plurality of light-emitting layers is particularly useful for producing a semiconductor laser requiring a high light output.

【0020】発光層に不純物をドープすることで、発光
層のバンドギャップとは異なる波長で発光させることが
できる。これは、不純物からの発光であるため、不純物
発光と呼ばれる。不純物発光の場合、発光波長は、発光
層の3族元素の組成と不純物元素により決まる。この場
合、発光層のInN混晶比は、5%以上が好ましい。I
nN混晶比が5%より小さい場合、発光する光は、ほと
んど紫外線であり、充分な明るさを感じることができな
い。InN混晶比を増やすにつれて発光波長が長くな
り、発光波長を紫から青、緑へと調整できる。
By doping the light emitting layer with an impurity, light can be emitted at a wavelength different from the band gap of the light emitting layer. This is called impurity light emission because light is emitted from impurities. In the case of impurity emission, the emission wavelength is determined by the composition of the Group 3 element and the impurity element in the light emitting layer. In this case, the InN mixed crystal ratio of the light emitting layer is preferably 5% or more. I
When the nN mixed crystal ratio is less than 5%, the emitted light is almost ultraviolet light, and sufficient brightness cannot be felt. The emission wavelength becomes longer as the InN mixed crystal ratio increases, and the emission wavelength can be adjusted from purple to blue and green.

【0021】不純物発光に適した不純物としては、2族
元素が好ましい。2族元素のなかでは、Mg、Zn、C
dをドープした場合、発光効率が高いので好適である。
特にZnが好ましい。これらの元素の濃度は、いずれも
1018〜1022cm-3が好ましい。発光層にはこれらの
2族元素とともにSiまたはGeを同時にドープしても
よい。Si、Geの好ましい濃度範囲は、1018〜10
22cm-3である。
As an impurity suitable for impurity emission, a Group 2 element is preferable. Among the group II elements, Mg, Zn, C
Doping with d is preferable because of high luminous efficiency.
Particularly, Zn is preferable. The concentration of these elements is preferably 10 18 to 10 22 cm −3 . The light emitting layer may be simultaneously doped with Si or Ge together with these Group 2 elements. The preferred concentration range of Si and Ge is 10 18 to 10
22 cm -3 .

【0022】不純物発光の場合、一般に発光スペクトル
がブロードになり、また注入電荷量が増すにつれて発光
スペクトルがシフト場合がある。このため、高い色純度
が要求される場合や狭い波長範囲に発光パワーを集中さ
せることが必要な場合、バンド端発光を利用する方が有
利である。バンド端発光による発光素子を実現するため
には、発光層に含まれる不純物の量を低く抑えなければ
ならない。具体的には、Si、Ge、Mg、Cdおよび
Znの各元素について、濃度が1019cm-3以下が好ま
しく、さらに好ましくは1018cm-3以下である。
In the case of impurity light emission, the light emission spectrum is generally broad, and the light emission spectrum may shift as the amount of injected charge increases. Therefore, when high color purity is required or when it is necessary to concentrate light emission power in a narrow wavelength range, it is more advantageous to use band edge emission. In order to realize a light-emitting element using band-edge light emission, the amount of impurities contained in the light-emitting layer must be kept low. Specifically, the concentration of each element of Si, Ge, Mg, Cd and Zn is preferably 10 19 cm −3 or less, more preferably 10 18 cm −3 or less.

【0023】該3−5族化合物半導体においては、発光
層のInNの混晶比が高い場合、熱的な安定性が充分で
なく、結晶成長中または半導体プロセスで劣化を起こす
場合がある。このような劣化を防止する目的のため発光
層の上に、InN混晶比の低い電荷注入層6を積層し、
この層に保護層としての機能を持たせることができる。
該保護層に充分な保護機能をもたせるためには、該保護
層のInNの混晶比は、10%以下が好ましく、AlN
の混晶比は、5%以上が好ましい。さらに好ましくはI
nN混晶比が5%以下、AlN混晶比が10%以上であ
る。
In the group III-V compound semiconductor, when the mixed crystal ratio of InN in the light emitting layer is high, thermal stability is not sufficient, and deterioration may occur during crystal growth or a semiconductor process. For the purpose of preventing such deterioration, a charge injection layer 6 having a low InN mixed crystal ratio is laminated on the light emitting layer,
This layer can have a function as a protective layer.
In order to provide the protective layer with a sufficient protective function, the InN mixed crystal ratio of the protective layer is preferably 10% or less.
Is preferably 5% or more. More preferably I
The nN mixed crystal ratio is 5% or less, and the AlN mixed crystal ratio is 10% or more.

【0024】また、該保護層に充分な保護機能を持たせ
るためには、該保護層の厚さは、10Å以上1μm以下
が好ましく、さらに好ましくは、50Å以上5000Å
以下である。該保護層の厚さが10Åより小さいと、充
分な効果が得られない場合があり、また1μmより大き
いと、発光効率が減少する場合があるので好ましくな
い。発光層を成長した後、該保護層を形成せずに100
0℃を超える高温に長時間保持した場合、発光層の熱的
劣化が進行する場合がある。この点で、該保護層の成長
温度は、1000℃以下であることが好ましい。
In order to provide the protective layer with a sufficient protective function, the thickness of the protective layer is preferably from 10 to 1 μm, more preferably from 50 to 5000 μm.
It is as follows. If the thickness of the protective layer is less than 10 °, a sufficient effect may not be obtained. On the other hand, if the thickness is more than 1 μm, the luminous efficiency may decrease. After growing the light-emitting layer, 100
When kept at a high temperature exceeding 0 ° C. for a long time, the thermal degradation of the light-emitting layer may progress. In this regard, it is preferable that the growth temperature of the protective layer be 1000 ° C. or less.

【0025】なお、該保護層は、発光素子の電流注入効
率の点からはp型の伝導性を有することが好ましい。該
保護層にp型の伝導性を持たせるためにはアクセプタ型
不純物を高濃度にドープする必要がある。アクセプタ型
不純物としては、具体的には2族元素が挙げられる。こ
れらのうちでは、Mg、Znが好ましく、Mgがより好
ましい。ただし、保護層に高濃度の不純物をドープした
場合、保護層の結晶性が低下し、発光素子の特性をかえ
って低下させる場合がある。このような場合には、不純
物濃度を低くする必要がある。結晶性を低下させない不
純物濃度の範囲としては、好ましくは1×1019cm-3
以下、さらに好ましくは1×1018cm -3以下である。
The protective layer has a current injection effect of the light emitting element.
It is preferable to have p-type conductivity from the viewpoint of the rate. The
To make the protective layer have p-type conductivity, an acceptor type
It is necessary to dope impurities at a high concentration. Acceptor type
Specific examples of the impurity include a Group 2 element. This
Among them, Mg and Zn are preferable, and Mg is more preferable.
Good. However, the protective layer was doped with a high concentration of impurities.
In this case, the crystallinity of the protective layer is reduced and the characteristics of the light emitting element are changed.
May be lowered. In such cases,
It is necessary to lower the substance concentration. Not lower crystallinity
The concentration of the pure substance is preferably 1 × 1019cm-3
Hereinafter, more preferably 1 × 1018cm -3It is as follows.

【0026】図1に示した例では、電荷は、第3の層お
よび保護層を通して発光層である第2の層へ注入される
ため、以下、第3の層と保護層を電荷注入層と記すこと
がある。該電荷注入層と発光層とのバンドギャップの差
は、0.1eV以上であることが好ましく、さらに好ま
しくは0.3eV以上である。電荷注入層と発光層のバ
ンドギャップの差が0.1eVより小さい場合、発光層
へのキャリアの閉じ込めが充分でなく、発光効率が低下
する場合がある。ただし、保護層のバンドギャップが5
eVを超えると電荷注入に必要な電圧が高くなるため、
保護層のバンドギャップは、5eV以下が好ましい。
In the example shown in FIG. 1, charges are injected into the second layer, which is a light emitting layer, through the third layer and the protective layer. May be noted. The difference in band gap between the charge injection layer and the light emitting layer is preferably 0.1 eV or more, and more preferably 0.3 eV or more. When the difference between the band gaps of the charge injection layer and the light emitting layer is smaller than 0.1 eV, the carriers are not sufficiently confined in the light emitting layer, and the luminous efficiency may decrease. However, when the band gap of the protective layer is 5
If it exceeds eV, the voltage required for charge injection will increase,
The band gap of the protective layer is preferably 5 eV or less.

【0027】以上、図1の例に基づき、第2の層を発光
層とする場合について説明を行なったが、それ以外の例
を図2、図3に示す。図2の例は、基板1、バッファ層
2、第1の層であるn型GaN3、第3の層4、第2の
層であるn型InGaN層8、n型GaAlN層9、発
光層であるノンドープのInGaN層5、保護層6、p
型層7を積層したものである。図2の例は、発光層5の
成長前に、n型InGaN層8とn型GaAlN層9を
成長したものである。図2の構造により、発光層5であ
るInGaN層の結晶性がさらに増す場合がある。図3
の例は、図2の例のGaAlN層9を省略したものであ
る。
The case where the second layer is a light-emitting layer has been described above with reference to the example of FIG. 1, but other examples are shown in FIGS. The example of FIG. 2 includes a substrate 1, a buffer layer 2, an n-type GaN 3 as a first layer, a third layer 4, an n-type InGaN layer 8 as a second layer, an n-type GaAlN layer 9, and a light-emitting layer. Certain non-doped InGaN layer 5, protective layer 6, p
The mold layer 7 is laminated. In the example of FIG. 2, an n-type InGaN layer 8 and an n-type GaAlN layer 9 are grown before the light-emitting layer 5 is grown. According to the structure of FIG. 2, the crystallinity of the InGaN layer as the light emitting layer 5 may be further increased. FIG.
In this example, the GaAlN layer 9 in the example of FIG. 2 is omitted.

【0028】次に、本発明に用いられる基板および化合
物半導体の成長方法について説明する。該3−5族化合
物半導体の結晶成長用基板としては、サファイア、Zn
O、GaAs、Si、SiC、NGO(NdGa
3 )、スピネル(MgAl2 4 )等が用いられる。
特にサファイアは透明であり、また大面積の高品質の結
晶が得られるため重要である。これらの基板を用いた成
長では、基板上にZnO、SiC、GaN、AlN、G
aAlNの薄膜、およびその積層膜をバッファ層として
成長する、いわゆる2段階成長法により、高い結晶性の
GaN、AlN、GaAlN、InGaAlN等の半導
体が成長できるため好ましい。
Next, a method of growing a substrate and a compound semiconductor used in the present invention will be described. Substrates for crystal growth of the group III-V compound semiconductor include sapphire and Zn.
O, GaAs, Si, SiC, NGO (NdGa
O 3 ), spinel (MgAl 2 O 4 ) or the like is used.
Sapphire is particularly important because it is transparent and a large-area high-quality crystal can be obtained. In growth using these substrates, ZnO, SiC, GaN, AlN, G
A so-called two-step growth method of growing a thin film of aAlN and a laminated film thereof as a buffer layer, which is preferable because a semiconductor such as GaN, AlN, GaAlN, and InGaAlN with high crystallinity can be grown.

【0029】該3−5族化合物半導体の製造方法として
は、分子線エピタキシー(以下、MBEと記すことがあ
る。)法、有機金属気相成長(以下、MOVPEと記す
ことがある。)法、ハイドライド気相成長(以下、HV
PEと記すことがある。)法などが挙げられる。なお、
MBE法を用いる場合、窒素原料としては、窒素ガス、
アンモニア、およびその他の窒素化合物を気体状態で供
給する方法である気体ソース分子線エピタキシー(以
下、GSMBEと記すことがある。)法が一般的に用い
られている。この場合、窒素原料が化学的に不活性で、
窒素原子が結晶中に取り込まれにくいことがある。その
場合には、マイクロ波などにより窒素原料を励起して、
活性状態にして供給することで、窒素の取り込み効率を
上げることができる。
As a method for producing the group 3-5 compound semiconductor, a molecular beam epitaxy (hereinafter, sometimes referred to as MBE) method, an organic metal vapor phase epitaxy (hereinafter, sometimes referred to as MOVPE) method, Hydride vapor phase epitaxy (hereinafter HV)
Sometimes referred to as PE. ) Method. In addition,
When the MBE method is used, nitrogen gas may be nitrogen gas,
A gas source molecular beam epitaxy (hereinafter sometimes referred to as GSMBE) method, which is a method for supplying ammonia and other nitrogen compounds in a gaseous state, is generally used. In this case, the nitrogen source is chemically inert,
Nitrogen atoms may not be easily incorporated into the crystal. In that case, the nitrogen material is excited by microwaves or the like,
By supplying in an activated state, the efficiency of nitrogen uptake can be increased.

【0030】次に、本発明の3−5族化合物半導体のM
OVPE法による製造方法について説明する。MOVP
E法の場合、以下のような原料を用いることができる。
即ち、3族原料としては、トリメチルガリウム[(CH
3 3 Ga、以下TMGと記すことがある。]、トリエ
チルガリウム[(C2 5 3 Ga、以下TEGと記す
ことがある。]等の一般式R1 2 3 Ga(ここで、
1 、R2 、R 3 は低級アルキル基を示す。)で表され
るトリアルキルガリウム;トリメチルアルミニウム
[(CH3 3 Al]、トリエチルアルミニウム[(C
2 5 3 Al、以下TEAと記すことがある。]、ト
リイソブチルアルミニウム[(i−C 4 9 3 Al]
等の一般式R1 2 3 Al(ここで、R1 、R2 、R
3 は前記の定義と同じである。)で表されるトリアルキ
ルアルミニウム;トリメチルアミンアラン[(CH3
3 N:AlH3 ];トリメチルインジウム[(CH3
3 In、以下TMIと記すことがある。]、トリエチル
インジウム[(C2 53 In]等の一般式R1 2
3 In(ここで、R1 、R2 、R3 は前記の定義と同
じである。)で表されるトリアルキルインジウム等が挙
げられる。これらは単独または混合して用いられる。
Next, the M of the Group 3-5 compound semiconductor of the present invention
The manufacturing method by the OVPE method will be described. MOVP
In the case of the method E, the following raw materials can be used.
That is, as a Group 3 raw material, trimethylgallium [(CH
Three)ThreeGa may be referred to as TMG hereinafter. ], Trie
Chilgallium [(CTwoHFive)ThreeGa, hereinafter referred to as TEG
Sometimes. General formula R such as1RTwoRThreeGa (where,
R1, RTwo, R ThreeRepresents a lower alkyl group. )
Trialkyl gallium; trimethyl aluminum
[(CHThree)ThreeAl], triethyl aluminum [(C
TwoHFive)ThreeAl, hereinafter sometimes referred to as TEA. ]
Liisobutyl aluminum [(i-C FourH9)ThreeAl]
General formula R such as1RTwoRThreeAl (where R1, RTwo, R
ThreeIs the same as defined above. Trialkyl represented by)
Aluminum; trimethylamine alane [(CHThree)
ThreeN: AlHThree]; Trimethylindium [(CHThree)
ThreeIn, hereafter referred to as TMI. ], Triethyl
Indium [(CTwoHFive)ThreeIn] or other general formula R1RTwo
RThreeIn (where R1, RTwo, RThreeIs the same as defined above
The same. Trialkylindium etc.
I can do it. These may be used alone or as a mixture.

【0031】次に、5族原料としては、アンモニア、ヒ
ドラジン、メチルヒドラジン、1、1−ジメチルヒドラ
ジン、1、2−ジメチルヒドラジン、t−ブチルアミ
ン、エチレンジアミンなどが挙げられる。これらは単独
または混合して用いられる。これらの原料のうち、アン
モニアとヒドラジンは、分子中に炭素原子を含まないた
め、半導体中への炭素の汚染が少なく好適である。
Next, as Group V raw materials, ammonia, hydrazine, methylhydrazine, 1,1-dimethylhydrazine, 1,2-dimethylhydrazine, t-butylamine, ethylenediamine and the like can be mentioned. These may be used alone or as a mixture. Among these raw materials, ammonia and hydrazine do not contain a carbon atom in the molecule, and thus are suitable because they do not cause much carbon contamination in the semiconductor.

【0032】該3−5族化合物半導体のp型ドーパント
として、2族元素が重要である。具体的には、Mg,Z
n,Cd,Hg,Beが挙げられるが、このなかでは低
抵抗のp型のものがつくりやすいMgが好ましい。Mg
ドーパントの原料としては、ビスシクロペンタジエニル
マグネシウム、ビスメチルシクロペンタジエニルマグネ
シウム、ビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウ
ム、ビス−n−プロピルシクロペンタジエニルマグネシ
ウム、ビス−i−プロピルシクロペンタジエニルマグネ
シウム等の一般式(RC5 4 2 Mg(ただし、R
は、水素または炭素数1以上4以下の低級アルキル基を
示す。)で表される有機金属化合物が適当な蒸気圧を有
するために好適である。
As a p-type dopant for the group 3-5 compound semiconductor, a group 2 element is important. Specifically, Mg, Z
Among them, n, Cd, Hg, and Be can be mentioned. Of these, Mg, which is easy to produce a low-resistance p-type, is preferable. Mg
As a raw material of the dopant, biscyclopentadienyl magnesium, bismethylcyclopentadienyl magnesium, bisethylcyclopentadienyl magnesium, bis-n-propylcyclopentadienyl magnesium, bis-i-propylcyclopentadienyl magnesium General formula (RC 5 H 4 ) 2 Mg (where R
Represents hydrogen or a lower alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. The organic metal compound represented by the formula (1) is suitable because it has an appropriate vapor pressure.

【0033】該3−5族化合物半導体のn型ドーパント
として、4族元素と6族元素が重要である。具体的には
Si、Ge、Oが挙げられるが、この中では低抵抗のn
型がつくりやすく、原料純度の高いものが得られるSi
が好ましい。Siドーパントの原料としては、シラン
(SiH4 )、ジシラン(Si2 6 )、モノメチルシ
ラン(CH3 SiH3 )などが好適である。
As the n-type dopant of the group 3-5 compound semiconductor, a group 4 element and a group 6 element are important. Specific examples include Si, Ge, and O, and among these, low-resistance n
Si that can be easily molded and has high raw material purity
Is preferred. Suitable materials for the Si dopant include silane (SiH 4 ), disilane (Si 2 H 6 ), and monomethylsilane (CH 3 SiH 3 ).

【0034】該3−5族化合物半導体の製造に用いるこ
とができるMOVPE法による成長装置としては、通常
の単枚取りまたは複数枚取りのものが挙げられる。複数
枚取りのものでは、ウエファ面内でのエピタキシャル膜
の均一性を確保するためには、減圧で成長することが好
ましい。複数枚取り装置での好ましい成長圧力の範囲
は、0.001気圧以上0.8気圧以下である。
As a growth apparatus by the MOVPE method which can be used for manufacturing the group 3-5 compound semiconductor, a usual single- or multi-piece growth apparatus can be used. In the case of a plurality of wafers, it is preferable to grow under reduced pressure in order to ensure the uniformity of the epitaxial film in the wafer surface. The preferable range of the growth pressure in the multiple-sheet take-up apparatus is 0.001 atm or more and 0.8 atm or less.

【0035】キャリアガスとしては、水素、窒素、アル
ゴン、ヘリウム等のガスを単独または混合して用いるこ
とができる。ただし、水素をキャリアガス中に含む場
合、高いInN混晶比の該化合物半導体を成長すると充
分な結晶性が得られない場合がある。この場合、キャリ
アガス中の水素分圧を低くする必要がある。キャリアガ
ス中の水素の好ましい分圧は、0.1気圧以下である。
As the carrier gas, a gas such as hydrogen, nitrogen, argon, helium or the like can be used alone or as a mixture. However, when hydrogen is contained in the carrier gas, sufficient crystallinity may not be obtained when the compound semiconductor having a high InN mixed crystal ratio is grown. In this case, it is necessary to lower the partial pressure of hydrogen in the carrier gas. The preferred partial pressure of hydrogen in the carrier gas is 0.1 atm or less.

【0036】これらのキャリアガスのなかでは、動粘係
数が大きく対流を起こしにくいという点で水素とヘリウ
ムが挙げられる。ただし、ヘリウムは他のガスに比べて
高価であり、また水素を用いた場合、前述のように該化
合物半導体の結晶性がよくない。窒素、およびアルゴン
は比較的安価であるため、大量にキャリアガスを使用す
る場合には好適に用いることができる。
Among these carrier gases, hydrogen and helium are mentioned because they have a large kinematic viscosity coefficient and hardly cause convection. However, helium is more expensive than other gases, and when hydrogen is used, the crystallinity of the compound semiconductor is not good as described above. Since nitrogen and argon are relatively inexpensive, they can be suitably used when a large amount of carrier gas is used.

【0037】[0037]

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細
に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。 実施例1 MOVPE法により図4に示す構造の3−5族化合物半
導体を作製した。基板1として、サファイアC面を鏡面
研磨したものを有機洗浄して用いた。成長方法について
は、低温成長バッファ層として、GaNを用いる2段階
成長法を用いた。550℃で厚さが約300ÅのGaN
バッファ層2、1100℃で厚さが約3μmのSiをド
ープしたn型GaN層11、第1の層である1500Å
のノンドープGaN層10を水素をキャリアガスとして
成長した。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto. Example 1 A Group 3-5 compound semiconductor having the structure shown in FIG. 4 was produced by MOVPE. As the substrate 1, a substrate obtained by mirror-polishing the sapphire C surface was used after organic cleaning. Regarding the growth method, a two-stage growth method using GaN as a low-temperature growth buffer layer was used. GaN with a thickness of about 300mm at 550 ° C
Buffer layer 2, n-type GaN layer 11 doped with Si having a thickness of about 3 μm at 1100 ° C., first layer of 1500 ° C.
Was grown using hydrogen as a carrier gas.

【0038】次に、基板温度を750℃、キャリアガス
を窒素とし、キャリアガス、TEG、窒素で1ppmに
希釈したシランおよびアンモニアをそれぞれ4slm、
0.04sccm、5sccm、4slm供給して、第
3の層であるSiをドープしたGaN層4を300Å成
長した。さらに同じ温度にてTEG、TMI、およびア
ンモニアをそれぞれ0.04sccm、0.24scc
m、4slm供給して第2の層であるノンドープのIn
0.3 Ga0.7 N層5を70秒、TEG、TEA、アンモ
ニアによりノンドープのGa0.8 Al0.2 Nの保護層6
を10分成長した。ただし、slmおよびsccmとは
気体の流量の単位であり、1slmは1分当たり、標準
状態で1リットルの体積を占める重量の気体が流れてい
ることを示し、1000sccmは1slmに相当す
る。なお、この層9と層4の膜厚に関しては、同一の条
件でより長い時間成長した層の厚さから求めた成長速度
がそれぞれ43Å/分、30Å/分であるので、上記成
長時間から求められる膜厚は、それぞれ50Å、300
Åと計算できる。
Next, at a substrate temperature of 750 ° C. and a carrier gas
To 1 ppm with carrier gas, TEG and nitrogen
4 slm each of diluted silane and ammonia,
0.04sccm, 5sccm, 4slm
The GaN layer 4 doped with Si, which is the third layer, is formed to a thickness of 300%.
Lengthened. At the same temperature, the TEG, TMI and
0.04sccm, 0.24scc
m, 4 slm to supply the second layer of non-doped In
0.3Ga0.770 seconds for N layer 5, TEG, TEA,
Nearly non-doped Ga0.8Al0.2N protective layer 6
Was grown for 10 minutes. However, slm and sccm are
A unit of gas flow, where 1 slm is a standard per minute.
In this state, a gas weighing 1 liter is flowing.
1000 sccm is equivalent to 1 slm
You. The layers 9 and 4 have the same thickness.
Growth rate obtained from the thickness of the layer grown for a longer period of time
Are 43 ° / min and 30 ° / min, respectively.
The film thickness required from a long time is 50 ° and 300 °, respectively.
計算 can be calculated.

【0039】保護層6を成長後、基板の温度を1100
℃とし、MgをドープしたGaNからなるp型層7を5
000Å成長した。こうして作製した試料を1気圧の窒
素中800℃、20分の熱処理を行ない、Mgドープ層
を低抵抗にした。このようにして得られた試料を常法に
従い、電極を形成し、LEDとした。p電極としてNi
−Au合金、n電極としてAlを用いた。このLEDに
順方向に20mAの電流を流したところ、ほとんどのL
EDが明瞭な青色発光を示した。電圧を加えても発光し
ない不良品は、全体の12%であった。不良品を除いた
LEDについて20mAでの駆動電圧を検査したとこ
ろ、平均値が3.7Vで、全体の95%が4.0V以下
であった。
After growing the protective layer 6, the temperature of the substrate is set to 1100
° C, and the p-type layer 7 made of Mg-doped GaN is
It grew by $ 000. The sample thus prepared was subjected to a heat treatment at 800 ° C. for 20 minutes in nitrogen at 1 atm to reduce the resistance of the Mg-doped layer. An electrode was formed on the thus obtained sample according to a conventional method to obtain an LED. Ni as p electrode
-Au alloy, Al was used as the n electrode. When a current of 20 mA was applied to this LED in the forward direction, most of the L
ED showed clear blue light emission. Defective products that did not emit light even when voltage was applied were 12% of the total. When the drive voltage at 20 mA was inspected for the LEDs excluding defective products, the average value was 3.7 V, and 95% of the whole was 4.0 V or less.

【0040】実施例2 実施例1と同様にして、LEDの作製および評価を8回
行なった。1回毎のエピ基板の作製、評価においての不
良品率は9〜13%であり、不良品を除いたLEDにつ
いての駆動電圧の平均値は、3.6〜3.8Vであり、
4.0V以下の駆動電圧であったLEDの割合は、93
〜96%であった。
Example 2 In the same manner as in Example 1, an LED was manufactured and evaluated eight times. The defective product rate in the production and evaluation of each epi substrate is 9 to 13%, and the average drive voltage of the LEDs excluding defective products is 3.6 to 3.8 V.
The ratio of LEDs having a drive voltage of 4.0 V or less is 93%.
9696%.

【0041】比較例1 第3の層であるGaN層4を成長しないことを除いて
は、実施例1と同様にして、LEDを作製し、評価した
ところ、不良品率は15%であり、不良品を除いたLE
Dについての駆動電圧の平均値は3.8Vであり、4.
0V以下の駆動電圧のLEDの割合は、35%であっ
た。また、輝度の平均値は、実施例1に比べて約1割低
下した。
Comparative Example 1 An LED was manufactured and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the GaN layer 4 as the third layer was not grown. The defective product rate was 15%. LE excluding defective products
The average value of the drive voltage for D is 3.8V, and 4.
The ratio of LEDs having a drive voltage of 0 V or less was 35%. Further, the average value of the luminance was reduced by about 10% as compared with the example 1.

【0042】比較例2 比較例1と同様にして、LEDの作製および評価を8回
行なった。1回毎のエピタキシャル基板の作製、評価に
おいての不良品率は、12〜20%であり、不良品を除
いたLEDについての駆動電圧の平均値は、3.7〜
4.5Vであり、4.0V以下の駆動電圧であったLE
Dの割合は、20〜45%であった。
Comparative Example 2 In the same manner as in Comparative Example 1, an LED was manufactured and evaluated eight times. The defective product rate in each production and evaluation of the epitaxial substrate is 12 to 20%, and the average drive voltage of the LED excluding the defective product is 3.7 to 20%.
LE having a drive voltage of 4.5 V or less than 4.0 V
The ratio of D was 20 to 45%.

【0043】実施例3 第1の層がノンドープのGa0.85Al0.15Nであること
を除いては、実施例1と同様にして、LEDの作製およ
び評価を行なった。不良品率は、11%であり、不良品
を除いたLEDについての駆動電圧の平均値は、3.6
Vであり、4.0V以下の駆動電圧であったLEDの割
合は、93%であった。
Example 3 An LED was fabricated and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the first layer was non-doped Ga 0.85 Al 0.15 N. The reject rate was 11%, and the average drive voltage of the LEDs excluding rejects was 3.6.
V, and the ratio of LEDs having a drive voltage of 4.0 V or less was 93%.

【0044】実施例4 第3の層がSiをドープしたGa0.8 Al0.2 Nである
ことを除いては、実施例1と同様にして、LEDの作製
および評価を行なった。不良品率は、12%であり、不
良品を除いたLEDについての駆動電圧の平均値は、
3.7Vであり、4.0V以下の駆動電圧であったLE
Dの割合は91%であった。
Example 4 An LED was fabricated and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the third layer was Ga 0.8 Al 0.2 N doped with Si. The reject rate is 12%, and the average drive voltage for the LEDs excluding the reject is:
LE which was 3.7 V and the drive voltage was 4.0 V or less
The proportion of D was 91%.

【0045】実施例5 第3の層が膜厚1000ÅのSiをドープしたGaNで
あることを除いては、実施例1と同様にして、LEDの
作製および評価を行なった。不良品率は、12%であ
り、不良品を除いたLEDについての駆動電圧の平均値
は、3.6Vであり、4.0V以下の駆動電圧であった
LEDの割合は、94%であった。
Example 5 An LED was fabricated and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the third layer was GaN doped with Si having a thickness of 1000 °. The defective product rate was 12%, and the average value of the driving voltage of the LEDs excluding defective products was 3.6 V, and the ratio of the LEDs having the driving voltage of 4.0 V or less was 94%. Was.

【0046】実施例6 実施例1と同様にして、サファイア基板上に厚さが約3
00ÅのGaNバッファ層、厚さが約3μmの第1の層
であるノンドープGaN層を成長した。さらにキャリア
ガスがArであることを除いては実施例1と同様にして
第3の層である300ÅのGaN層、第2の層である5
0ÅのIn0.3 Ga0.7 N層、保護層である300Åの
Ga0.8 Al0.2 N層を成長した。こうして得られた量
子井戸構造のフォトルミネッセンススペクトルを測定し
たところ、量子井戸からの明瞭な青色発光が観測され、
高品質の量子井戸が作製できていることが確認できた。
Embodiment 6 In the same manner as in Embodiment 1, a thickness of about 3 was formed on a sapphire substrate.
A non-doped GaN layer as a first layer having a thickness of about 3 μm and a GaN buffer layer of 00 ° was grown. Further, the third layer, ie, a 300 ° GaN layer, and the second layer, ie, 5 °, were formed in the same manner as in Example 1 except that the carrier gas was Ar.
A 0 ° In 0.3 Ga 0.7 N layer and a 300 ° Ga 0.8 Al 0.2 N layer as a protective layer were grown. When the photoluminescence spectrum of the quantum well structure thus obtained was measured, clear blue light emission from the quantum well was observed.
It was confirmed that a high quality quantum well was produced.

【0047】[0047]

【発明の効果】本発明の3−5族化合物半導体の製造方
法により、生産性が高く、歩留まりが向上した、特性の
優れた発光素子の作製が再現性よく可能となり、工業的
価値が大きい。
According to the method for producing a Group 3-5 compound semiconductor of the present invention, a light emitting device having high productivity, improved yield, and excellent characteristics can be produced with good reproducibility, and has great industrial value.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の3−5族化合物半導体の1例を示す断
面図。
FIG. 1 is a sectional view showing an example of a Group 3-5 compound semiconductor of the present invention.

【図2】本発明の3−5族化合物半導体の1例を示す断
面図。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing one example of a Group 3-5 compound semiconductor of the present invention.

【図3】本発明の3−5族化合物半導体の1例を示す断
面図。
FIG. 3 is a sectional view showing an example of a Group 3-5 compound semiconductor of the present invention.

【図4】実施例1で作製した本発明の3−5族化合物半
導体を示す断面図。
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a Group 3-5 compound semiconductor of the present invention manufactured in Example 1.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1...基板 2...バッファ層 3...第1の層であるn型GaN層 4...第3の層であるGaAlN層 5...第2の層であるInGaN発光層 6...保護層 7...p型層 8...n型InGaN層 9...n型GaAlN層 10...第1の層であるノンドープGaN層 11...Siをドープしたn型GaN層11 1. . . Substrate 2. . . Buffer layer 3. . . 3. n-type GaN layer as first layer . . 4. GaAlN layer as third layer . . 5. InGaN light emitting layer as second layer . . Protective layer 7. . . 7. p-type layer . . 8. n-type InGaN layer . . n-type GaAlN layer 10. . . 10. Non-doped GaN layer as first layer . . N-type GaN layer 11 doped with Si

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】一般式Gaa Alb N(式中、0≦a≦
1、0≦b≦1、a+b=1)で表される3−5族化合
物半導体からなる第1の層を1000℃を超える温度で
成長させた後、一般式Inx Gay Alz N(式中、0
<x≦1、0≦y<1、0≦z<1、x+y+z=1)
で表される3−5族化合物半導体層からなる第2の層を
1000℃以下で成長させる3−5族化合物半導体の成
長方法において、第2の層を成長させる前に一般式Ga
v Alw N(式中、0≦v≦1、0≦w≦1、v+w=
1)で表される3−5族化合物半導体からなる第3の層
を1000℃以下の温度で成長させることを特徴とする
3−5族化合物半導体の製造方法。
(1) The general formula Ga a Al b N (where 0 ≦ a ≦
1,0 ≦ b ≦ 1, a + b = 1) a first layer comprising a Group III-V compound semiconductor represented by a temperature in excess of 1000 ° C. After growth, the general formula In x Ga y Al z N ( Where 0
<X ≦ 1, 0 ≦ y <1, 0 ≦ z <1, x + y + z = 1)
In the method for growing a group III-V compound semiconductor, in which the second layer composed of the group III-V compound semiconductor layer represented by
v Al w N (where 0 ≦ v ≦ 1, 0 ≦ w ≦ 1, v + w =
A method for producing a Group 3-5 compound semiconductor, comprising: growing a third layer made of a Group 3-5 compound semiconductor represented by 1) at a temperature of 1000 ° C. or lower.
【請求項2】第1の層が一般式Gaa Alb N(式中、
0≦a≦0.8、0≦b≦0.2、a+b=1)で表さ
れる3−5族化合物半導体からなることを特徴とする請
求項1記載の3−5族化合物半導体の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the first layer is of the general formula Ga a Al b N (wherein
2. The production of a Group 3-5 compound semiconductor according to claim 1, comprising a Group 3-5 compound semiconductor represented by 0 ≦ a ≦ 0.8, 0 ≦ b ≦ 0.2, a + b = 1). Method.
【請求項3】第3の層の膜厚が5Å以上1μm以下であ
ることを特徴とする請求項1または2記載の3−5族化
合物半導体の製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein the thickness of the third layer is not less than 5 ° and not more than 1 μm.
【請求項4】第2の層の膜厚が5Å以上90Å以下であ
ることを特徴とする請求項1、2または3記載の3−5
族化合物半導体の製造方法。
4. The method according to claim 1, wherein the thickness of the second layer is not less than 5 ° and not more than 90 °.
A method for producing a group III compound semiconductor.
【請求項5】第2の層に含まれるSi、Ge、Zn、C
dおよびMgの各元素の濃度がいずれも1×1019cm
-3以下であることを特徴とする請求項1、2、3または
4記載の3−5族化合物半導体の製造方法。
5. The method according to claim 1, wherein the second layer contains Si, Ge, Zn, and C.
The concentration of each element of d and Mg is 1 × 10 19 cm
5. The method for producing a Group 3-5 compound semiconductor according to claim 1, 2, 3 or 4, wherein the value is -3 or less.
【請求項6】請求項1〜5のいずれかに記載の3−5族
化合物半導体の製造方法により得られた3−5族化合物
半導体を用いたことを特徴とする発光素子。
6. A light-emitting device using a Group 3-5 compound semiconductor obtained by the method for producing a Group 3-5 compound semiconductor according to claim 1.
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