JP2000040841A - 窒化ガリウム系化合物半導体の成長方法 - Google Patents

窒化ガリウム系化合物半導体の成長方法

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JP2000040841A JP11203572A JP20357299A JP2000040841A JP 2000040841 A JP2000040841 A JP 2000040841A JP 11203572 A JP11203572 A JP 11203572A JP 20357299 A JP20357299 A JP 20357299A JP 2000040841 A JP2000040841 A JP 2000040841A
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勇 赤崎
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Abstract

(57)【要約】 【課題】窒化ガリウム系化合物半導体の結晶性の向上 【解決手段】窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法に
おいて、基板上に室温〜500 ℃の範囲でバッファ層を形
成し、その上に窒化ガリウム系化合物半導体を結晶成長
させた。これにより、この窒化ガリウム系化合物半導体
の結晶性を改善することができた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は青色発光の窒化ガリ
ウム系化合物半導体発光素子の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、青色の発光ダイオードとしてGa
N系の化合物半導体を用いたものが知られている。その
GaN系の化合物半導体は直接遷移であることから発光
効率が高いこと、光の3原色の1つである青色を発光色
とすること等から注目されている。このようなGaN系
の化合物半導体を用いた発光ダイオードは、サファイア
基板上に直接又は窒化アルミニウムから成るバッファ層
を介在させて、N導電型のGaN系の化合物半導体から
成るN層を成長させ、そのN層の上にI導電型のGaN
系の化合物半導体から成るI層を成長させた構造をとっ
ている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の発光
ダイオードの発光輝度を向上させるためには、発光に寄
与するキャリア数を多くするために、N層の厚さはでき
るだけ厚い方が望ましい。又、良質なI層の結晶を得る
ためにもN層の厚さは厚い方が望ましい。
【0004】一方、動作電圧を均一にするためには、I
層の膜厚は薄く均一に精度良く制御される必要がある。
ところが、従来のMOVPE法だけで結晶成長させる
と、結晶成長速度が遅く、厚いN層を形成するのに時間
がかかるという問題がある。
【0005】一方、サファイア基板上に順次N型Ga
N、I型GaNをハライド気相成長法で成長させるとい
う方法もあるが、ハライド気相成長法では成長速度が速
くI層の膜厚を薄く均一にすることが困難であった。
【0006】本発明者らはGaNの結晶成長について研
究を重ねてきた結果、ハライド気相成長法で大部分のN
層を成長させた後、上層部を薄くMOVPE法で成長さ
せることにより、その上にMOVPE法により結晶性の
良いI層を成長させることができることを見出した。
又、基板上に室温〜500 ℃の範囲でバッファ層を形成し
て、その上に各層を形成すると各層の結晶性が良くなる
ことを見いだした。
【0007】本発明は、係る結論に基づいてなされたも
のであり、その目的は、室温〜500℃の範囲で形成した
バッファ層を用いることにより、発光素子の結晶性を改
善し発光特性を向上させることである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の請求項1に記載の発明は、窒化ガリウム系化合物半導
体(AlX Ga1-X N;X=0 を含む) の成長方法におい
て、基板上に室温から500℃の範囲でバッファ層を形
成する工程と、バッファ層の上に窒化ガリウム系化合物
半導体(AlX Ga1-X N;X=0 を含む) を成長させる
工程とを有することを特徴とする窒化ガリウム系化合物
半導体の成長方法である。
【0009】請求項2に記載の発明は、バッファ層は多
結晶であることを特徴とする。1に記載の窒化ガリウム
系化合物半導体の成長方法。請求項3に記載の発明は、
バッファ層は100 〜1000Åの厚さに形成することを特徴
とする。請求項4に記載の発明は、バッファ層は分子線
エピタキシー法(MBE)で形成することを特徴とす
る。請求項5に記載の発明は、バッファ層は、窒化アル
ミニウム(AlN)であることを特徴とする。
【0010】請求項6に記載の発明は、基板は、サファ
イア基板であることを特徴とする。請求項7に記載の発
明は、サファイア基板の主面はc面(0001)である
ことを特徴とする。請求項8に記載の発明は、バッファ
層上にN伝導型のN層を形成することを特徴とする。請
求項9に記載の発明は、N層は、窒化ガリウム系化合物
半導体(AlX Ga 1-X N;X=0を含む)であること
を特徴とする。請求項10に記載の発明は、N層は窒化
ガリウム(GaN)であることを特徴とする。
【0011】
【発明の効果】サファイア基板上に室温〜500 ℃の範囲
でバッファ層を形成したので、その後に形成されるバッ
ファ層の上部の各層の結晶性が向上した。この結果、発
光素子の発光特性が向上した。又、バッファ層を多結晶
とすることで、その上に形成される各層の結晶性が向上
した。又、バッファ層の厚さを100 〜1000Åとすること
で、その上の各層の単結晶性を向上させることができ
た。
【0012】
【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。 (第1実施例)図1は本発明の具体的な一実施例に係る
発光ダイオード1の構成を示した断面図である。
【0013】主面をc面((0001) 面) とするサファイア
基板2を硝酸で洗浄した後、更にアセトンで洗浄した。
そして、洗浄後、窒素ガスを吹き付けて乾燥させた後、
そのサファイア基板2をハライド気相成長装置のサセプ
タに取り付けた。その後、反応室の温度を 900℃とし
て、ガス流の上流側に載置された金属GaにHClガス
を流し、両者の反応生成物として得られたGaClと、
NH3 と、キャリアガスN2 を1000℃に加熱されたサフ
ァイア基板2に向かって流した。流速はGaClが10ml
/分、NH3 が 1.0liter /分、N2 が 2.0 liter/分
とした。サファイア基板2上に成長したN型のGaNか
ら成る第1N層4の厚さは20μmであり、その成長速度
は約1μm/分であった。
【0014】次に、第1N層4が成長したサファイア基
板2をハライド気相成長装置から取り出し、MOVPE
装置の反応室のサセプタに載置した。そして、サファイ
ア基板2を1000℃に加熱して、キャリアガスとしてH2
を 2.5liter /分、NH3 を1.5liter /分、トリメチ
ルガリウム(TMG)を20ml/分の割合で12分間供給
し、膜厚約2μmのN型のGaNから成る第2N層8を
形成した。
【0015】次に、サファイア基板2を 900℃にして、
2 を 2.5liter /分、NH3 を 1.5liter /分、TM
Gを15ml/分、ジエチル亜鉛(DEZ)を 5×10-6モル
/分の割合で5分間供給して、I型のGaNから成るI
層5を膜厚 1.0μmに形成した。
【0016】次に、第1N層4及び第2N層8の側壁と
I層5の上面にアルミニウム電極6、7を蒸着して、発
光ダイオードを形成した。このようにして得られた発光
ダイオード1の第1N層4,第2N層8及びI層5の断
面の顕微鏡写真、高エネルギー電子線による反射回析法
(RHEED) により、それぞれ、良好な結晶性が得られてい
ることが分かった。
【0017】特に、第1N層4をハライド気相成長法で
高速に成長させ、その上にMOVPE法で精密に成長さ
せた第2N層8を形成したので、I層5の結晶性は、N
層をハライド気相成長法だけで成長させたものに比べて
良くなった。
【0018】又、この発光ダイオード1の発光ピークの
スペクトルは480nm であり、発光強度(軸上輝度)は10
mcd であった。
【0019】(第2実施例)図2は第2実施例に係る発
光ダイオード10の構成を示した断面図である。第1実
施例と同様にして、主面をc面((0001) 面) とするサフ
ァイア基板2を硝酸で洗浄した後、更にアセトンで洗浄
した。そして、洗浄後、窒素ガスを吹き付けて乾燥させ
た後、そのサファイア基板2をMOVPE装置のサセプ
タに取り付けた。その後、サファイア基板2を 600℃に
加熱して、キャリアガスとしてH2 を2liter /分、N
3 を1.5 liter /分、トリメチルアルミニウム(TM
A)を15ml/分の割合で6 分間供給し、AlNから成る
バッファ層3を厚さ約0.1 μmに形成した。その後、第
1実施例と同様な手順にて、第1N層4,第2N層8,
I層5を順次形成して、発光ダイオード10を作成し
た。
【0020】このように作成された発光ダイオード10
の第1N層4,第2N層8及びI層5の断面の顕微鏡写
真、高エネルギー電子線による反射回析法(RHEED) によ
り、それぞれ、良好な結晶性が得られていることが分か
った。又、この発光ダイオード1の発光ピークのスペク
トルは480nm であり、発光強度(軸上輝度)は10mcd で
あった。
【0021】(第3実施例)本実施例は、第2実施例に
おいて、第2図のバッファ層3を分子線エピタキシー法
(MBE)により作成したものである。第2実施例と同
様にして、主面をc面((0001) 面) とするサファイア基
板2を洗浄した後、そのサファイア基板2をMBE装置
のサセプタに取り付けた。その後、サファイア基板2を
500℃に加熱して、窒素ガスプラズマ中で、アルミニウ
ムを蒸発させて、サファイア基板2の主面上に窒化アル
ミニウム(AlN)から成るバッファ層3を約 500Åの
厚さに形成した。その後の第1N層4,第2N層8,I
層5,電極6,7の作成方法は、第1実施例と同様であ
る。
【0022】このようにして得られた発光ダイオードの
第1N層4,第2N層8及びI層5の断面の顕微鏡写
真、高エネルギー電子線による反射回析法(RHEED) によ
り、良好な結晶性が得られていることが分かった。又、
この発光ダイオード1の発光ピークのスペクトルは480n
m であり、発光強度(軸上輝度)は10mcd であった。
【0023】尚、本発明者らの考察によれば、MBEで
形成されたバッファ層3では、第1N層4のGaNの成
長の核が、バッファ層3をMOVPEで成長させたもの
と比べて、均一に分散し、そのために、第1N層4、第
2N層8及びI層5の単結晶性が良くなったと考えられ
る。又、バッファ層3は、サファイア基板2を 500℃に
してMBEで形成したので、多結晶であった。
【0024】又、本発明者らは、バッファ層3は多結晶
で成長させた方が単結晶で成長させた方よりも、第1N
層4、第2N層8及びI層5の単結晶性が良いことも見
出した。このためにもMBEでバッファ層3を成長させ
ることは効果があり、多結晶とする成長温度は、室温〜
500℃が望ましい。又、第1N層4、第2N層8及びI
層5の単結晶性を良くするためには、バッファ層3の厚
さは 100〜1000Åが望ましい。尚、上記実施例では、第
1N層4、第2N層8及びI層5をGaNで形成した
が、AlX Ga1-X Nで形成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の具体的な一実施例に係る発光ダイオー
ドの構成を示した構成図。
【図2】他の実施例に係る発光ダイオードの構成を示し
た構成図。
【符号の説明】
1,10…発光ダイオード 2…サファイア基板 3…バッファ層 4…第1N層 8…第2N層 5…I層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 真部 勝英 愛知県西春日井郡春日村大字落合字長畑1 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 加藤 久喜 愛知県西春日井郡春日村大字落合字長畑1 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 馬渕 彰 愛知県西春日井郡春日村大字落合字長畑1 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 赤崎 勇 愛知県名古屋市千種区不老町(番地なし) 名古屋大学内 (72)発明者 天野 浩 愛知県名古屋市千種区不老町(番地なし) 名古屋大学内

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 窒化ガリウム系化合物半導体(AlX
    1-X N;X=0 を含む) の成長方法において、 基板上に室温から500 ℃の範囲でバッファ層を形成する
    工程と、 バッファ層の上に窒化ガリウム系化合物半導体(AlX
    Ga1-X N;X=0 を含む) を成長させる工程とを有する
    ことを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体の成長方
    法。
  2. 【請求項2】 前記バッファ層は多結晶であることを特
    徴とする請求項1に記載の窒化ガリウム系化合物半導体
    の成長方法。
  3. 【請求項3】 前記バッファ層は100 〜1000Åの厚さに
    形成することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載
    の窒化ガリウム系化合物半導体の成長方法。
  4. 【請求項4】 前記バッファ層は分子線エピタキシー法
    (MBE)で形成することを特徴とする請求項1乃至請
    求項3のいずれか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半
    導体の成長方法。
  5. 【請求項5】 前記バッファ層は、窒化アルミニウム
    (AlN)であることを特徴とする請求項1又は請求項
    4のいずれか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体
    の成長方法。
  6. 【請求項6】 前記基板は、サファイア基板であること
    を特徴とする請求項1又は請求項5のいずれか1項に記
    載の窒化ガリウム系化合物半導体の成長方法。
  7. 【請求項7】 前記サファイア基板の主面はc面(00
    01)であることを特徴とする請求項6に記載の記載の
    窒化ガリウム系化合物半導体の成長方法。
  8. 【請求項8】 前記バッファ層上にN伝導型のN層を形
    成することを特徴とする請求項1又は請求項7のいずれ
    か1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体の成長方
    法。
  9. 【請求項9】 前記N層は、窒化ガリウム系化合物半導
    体(AlX Ga1-X N;X=0を含む)であることを特
    徴とする請求項8に記載の窒化ガリウム系化合物半導体
    発光素子の製造方法。
  10. 【請求項10】 前記N層は窒化ガリウム(GaN)で
    あることを特徴とする請求項8に記載の窒化ガリウム系
    化合物半導体の成長方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN1327483C (zh) * 2002-02-27 2007-07-18 日矿金属株式会社 晶体的制造方法
WO2017181710A1 (zh) * 2016-04-18 2017-10-26 厦门市三安光电科技有限公司 一种紫外发光二极管外延结构及其制备方法

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