JP2000040843A - 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 - Google Patents
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子Info
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- JP2000040843A JP2000040843A JP11203574A JP20357499A JP2000040843A JP 2000040843 A JP2000040843 A JP 2000040843A JP 11203574 A JP11203574 A JP 11203574A JP 20357499 A JP20357499 A JP 20357499A JP 2000040843 A JP2000040843 A JP 2000040843A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 発光特性の向上
【解決手段】窒化ガリウム系化合物半導体発光素子にお
いて、サファイア基板２と、サファイア基板２上に形成
されたＧａＮからなる第１層４と、第１層４上に形成さ
れたＧａＮからなる第２層８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発光素子である。結晶性
の改善により発光特性が向上した。
いて、サファイア基板２と、サファイア基板２上に形成
されたＧａＮからなる第１層４と、第１層４上に形成さ
れたＧａＮからなる第２層８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発光素子である。結晶性
の改善により発光特性が向上した。
Description
【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に関する。
ウム系化合物半導体発光素子に関する。
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
【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、発光素子の発光特性を向上させ
ることである。
のであり、その目的は、発光素子の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
の発明の構成は、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
において、サファイア基板と、サファイア基板上に形成
されたＧａＮからなる第１層と、第１層上に形成された
ＧａＮからなる第２層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発光素子である。
の発明の構成は、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
において、サファイア基板と、サファイア基板上に形成
されたＧａＮからなる第１層と、第１層上に形成された
ＧａＮからなる第２層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発光素子である。
【０００９】請求項２の発明は、サファイア基板と第１
層との間にバッファ層を形成したことを特徴とする。請
求項３の発明は、サファイア基板の主面はｃ面（０００
１）であることを特徴とする。請求項４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。請求項５の発明は、バッファ層は、室温から
５００℃の範囲で形成されたことを特徴とする。請求項
６の発明は、バッファ層は１００〜１０００Åの厚さで
あることを特徴とする。
層との間にバッファ層を形成したことを特徴とする。請
求項３の発明は、サファイア基板の主面はｃ面（０００
１）であることを特徴とする。請求項４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。請求項５の発明は、バッファ層は、室温から
５００℃の範囲で形成されたことを特徴とする。請求項
６の発明は、バッファ層は１００〜１０００Åの厚さで
あることを特徴とする。
【００１０】第１層は、ハライド気相成長法により成長
させるのが望ましく、第２層は、有機金属化合物気相成
長法（ＭＯＶＰＥ）で成長させるのが望ましい。
させるのが望ましく、第２層は、有機金属化合物気相成
長法（ＭＯＶＰＥ）で成長させるのが望ましい。
【００１１】
【発明の効果】サファイア基板上にＧａＮから成る第１
層と第１層の上にＧａＮから成る第２層とを構成したの
で、結晶性が良く且つその層厚が均一に制御された。そ
の結果、発光特性が向上した。
層と第１層の上にＧａＮから成る第２層とを構成したの
で、結晶性が良く且つその層厚が均一に制御された。そ
の結果、発光特性が向上した。
【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。
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（第１層）４の厚さは20μｍであり、そ
の成長速度は約１μｍ／分であった。
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（第１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（第
２層）８を形成した。
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（第
２層）８を形成した。
【００１５】次に、サファイア基板２を 900℃にして、
Ｈ2 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。
Ｈ2 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。
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。
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。
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
Ｈ3 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（第１層）４，第
２Ｎ層（第２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。
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
Ｈ3 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（第１層）４，第
２Ｎ層（第２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。
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（第１層）４，第２
Ｎ層（第２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。
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（第１層）４，第２
Ｎ層（第２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。
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。
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。
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。
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。
た構成図。
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 (6)
- 【請求項１】 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に
おいて、 サファイア基板と、 サファイア基板上に形成されたＧａＮからなる第１層
と、 前記第１層上に形成されたＧａＮからなる第２層とを有
することを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光
素子。 - 【請求項２】 前記サファイア基板と前記第１層との間
にはバッファ層が形成されてい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発光素子。 - 【請求項３】 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１又は請求項２に
記載の記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。 - 【請求項４】 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
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
発光素子。 - 【請求項５】 前記バッファ層は、室温から５００℃の
範囲で形成されたことを特徴とする請求項２乃至請求項
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
発光素子。 - 【請求項６】 前記バッファ層は１００〜１０００Åの
厚さであることを特徴とする請求項２乃至請求項６に記
載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11203574A JP2000040843A (ja) | 1999-07-16 | 1999-07-16 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11203574A JP2000040843A (ja) | 1999-07-16 | 1999-07-16 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23288688A Division JP3140751B2 (ja) | 1988-09-16 | 1988-09-16 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000040843A true JP2000040843A (ja) | 2000-02-08 |
Family
ID=16476384
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11203574A Pending JP2000040843A (ja) | 1999-07-16 | 1999-07-16 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000040843A (ja) |
-
1999
- 1999-07-16 JP JP11203574A patent/JP2000040843A/ja active Pending
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