JP2000100735A - ３−５族化合物半導体 - Google Patents
３−５族化合物半導体Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】特定の欠陥を含む一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ
（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜
１）で表される、発光素子として好適に用いられる３−
５族化合物半導体を提供する。 【解決手段】〔１〕ループ状転位を１×１０9ｃｍ-2以
上１×１０10ｃｍ-2以下含む一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ
（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。 〔２〕前記〔１〕に記載の３−５族化合物半導体が、こ
れよりバンドギャップの大きな一般式ＩｎpＧａqＡｌr
Ｎ（ｐ＋ｑ＋ｒ＝１、０≦ｐ≦１、０≦ｑ≦１、０≦ｒ
≦１）で表される３−５族化合物半導体と同じくバンド
ギャップの大きなＩｎsＧａtＡｌuＮ（ｓ＋ｔ＋ｕ＝
１、０≦ｓ≦１、０≦ｔ≦１、０≦ｕ≦１）で表される
３−５族化合物半導体とに接して挟まれてなる３−５族
化合物半導体。
（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜
１）で表される、発光素子として好適に用いられる３−
５族化合物半導体を提供する。 【解決手段】〔１〕ループ状転位を１×１０9ｃｍ-2以
上１×１０10ｃｍ-2以下含む一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ
（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。 〔２〕前記〔１〕に記載の３−５族化合物半導体が、こ
れよりバンドギャップの大きな一般式ＩｎpＧａqＡｌr
Ｎ（ｐ＋ｑ＋ｒ＝１、０≦ｐ≦１、０≦ｑ≦１、０≦ｒ
≦１）で表される３−５族化合物半導体と同じくバンド
ギャップの大きなＩｎsＧａtＡｌuＮ（ｓ＋ｔ＋ｕ＝
１、０≦ｓ≦１、０≦ｔ≦１、０≦ｕ≦１）で表される
３−５族化合物半導体とに接して挟まれてなる３−５族
化合物半導体。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般式ＩｎxＧａy
ＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ≦１、０≦
ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される、発光素子などに有用
な３−５族化合物半導体に関する。
ＡｌzＮ（ただし、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ≦１、０≦
ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表される、発光素子などに有用
な３−５族化合物半導体に関する。
【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ＩｎxＧａyＡｌzＮ
（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、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。
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ＩｎxＧａyＡｌzＮ
（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、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。
【０００３】ところで、該化合物半導体は、ＩｎＮ混晶
比が０である一般式ＧａaＡｌbＮ（ただし、ａ＋ｂ＝
１、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）で表される３−５族化合
物半導体に比べて分解温度が低く、高品質な結晶が得ら
れにくいことが知られている。このため、本発明のＩｎ
Ｎを含む化合物半導体は、ＩｎＮを含まない化合物半導
体の上に結晶成長する方法が一般に用いられている。
比が０である一般式ＧａaＡｌbＮ（ただし、ａ＋ｂ＝
１、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）で表される３−５族化合
物半導体に比べて分解温度が低く、高品質な結晶が得ら
れにくいことが知られている。このため、本発明のＩｎ
Ｎを含む化合物半導体は、ＩｎＮを含まない化合物半導
体の上に結晶成長する方法が一般に用いられている。
【０００４】一方、本発明のＩｎＮを含む３−５族化合
物半導体は、ＩｎＮを含まない化合物半導体に比べて、
格子定数が大きくなることが知られており、ＩｎＮ混晶
比が大きくなるにつれて、下地のＩｎＮを含まない結晶
との格子不整合が大きくなるため、格子不整合による歪
みを緩和するため、結晶中に欠陥が発生し、このため、
発光素子の発光層として用いた場合に重要となる光学的
特性を含めた結晶性が低下することが一般的に知られて
いる。ＩｎＮを含まない化合物半導体上に、一旦ＩｎＮ
混晶比の低い化合物半導体を成長し、さらにＩｎＮ混晶
比の高い化合物半導体を成長する構造も知られている
が、上記の問題については、ＩｎＮを含まない半導体上
に成長する場合と比べて本質的な差はない。
物半導体は、ＩｎＮを含まない化合物半導体に比べて、
格子定数が大きくなることが知られており、ＩｎＮ混晶
比が大きくなるにつれて、下地のＩｎＮを含まない結晶
との格子不整合が大きくなるため、格子不整合による歪
みを緩和するため、結晶中に欠陥が発生し、このため、
発光素子の発光層として用いた場合に重要となる光学的
特性を含めた結晶性が低下することが一般的に知られて
いる。ＩｎＮを含まない化合物半導体上に、一旦ＩｎＮ
混晶比の低い化合物半導体を成長し、さらにＩｎＮ混晶
比の高い化合物半導体を成長する構造も知られている
が、上記の問題については、ＩｎＮを含まない半導体上
に成長する場合と比べて本質的な差はない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、結晶欠陥を
含むにもかかわらず、発光素子として好適に用いられる
特定の欠陥を含む一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ｘ＋ｙ＋
ｚ＝１、０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表さ
れる３−５族化合物半導体を提供することにある。
含むにもかかわらず、発光素子として好適に用いられる
特定の欠陥を含む一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（ｘ＋ｙ＋
ｚ＝１、０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜１）で表さ
れる３−５族化合物半導体を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、このよう
な事情をみて鋭意検討した結果、特定の欠陥を含む一般
式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（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、結晶欠陥を含むにもかかわらず、発光素子とし
て用いることができる特性を有することを見出し、本発
明に至った。
な事情をみて鋭意検討した結果、特定の欠陥を含む一般
式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（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、結晶欠陥を含むにもかかわらず、発光素子とし
て用いることができる特性を有することを見出し、本発
明に至った。
【０００７】すなわち、本発明は、〔１〕ループ状転位
を１×１０9ｃｍ-2以上１×１０10ｃｍ-2以下含む一般
式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（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
導体に係るものである。
を１×１０9ｃｍ-2以上１×１０10ｃｍ-2以下含む一般
式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（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
導体に係るものである。
【０００８】また、本発明は、〔２〕前記〔１〕に記載
の３−５族化合物半導体が、これよりバンドギャップの
大きな一般式ＩｎpＧａqＡｌrＮ（ｐ＋ｑ＋ｒ＝１、０
≦ｐ≦１、０≦ｑ≦１、０≦ｒ≦１）で表される３−５
族化合物半導体と同じくバンドギャップの大きなＩｎs
ＧａtＡｌuＮ（ｓ＋ｔ＋ｕ＝１、０≦ｓ≦１、０≦ｔ≦
１、０≦ｕ≦１）で表される３−５族化合物半導体とに
接して挟まれてなる３−５族化合物半導体に係るもので
ある。
の３−５族化合物半導体が、これよりバンドギャップの
大きな一般式ＩｎpＧａqＡｌrＮ（ｐ＋ｑ＋ｒ＝１、０
≦ｐ≦１、０≦ｑ≦１、０≦ｒ≦１）で表される３−５
族化合物半導体と同じくバンドギャップの大きなＩｎs
ＧａtＡｌuＮ（ｓ＋ｔ＋ｕ＝１、０≦ｓ≦１、０≦ｔ≦
１、０≦ｕ≦１）で表される３−５族化合物半導体とに
接して挟まれてなる３−５族化合物半導体に係るもので
ある。
【０００９】
【発明の実施の形態】次に、本発明を詳細に説明する。
本発明の３−５族化合物半導体は、ループ状転位を１×
１０9ｃｍ-2以上１×１０10ｃｍ-2以下含む一般式Ｉｎx
ＧａyＡｌzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜
１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体であ
る。該ループ状転位が１×１０9ｃｍ-2未満では、光学
的特性の向上の効果が十分でなく、１×１０10ｃｍ-2を
超えるとかえって結晶性の低下を招く。光学的特性の評
価方法の例としては、フォトルミネッセンススペクトル
と呼ばれる、半導体結晶を光励起し、結晶から発する蛍
光を観察する方法などが挙げられる。
本発明の３−５族化合物半導体は、ループ状転位を１×
１０9ｃｍ-2以上１×１０10ｃｍ-2以下含む一般式Ｉｎx
ＧａyＡｌzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜
１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体であ
る。該ループ状転位が１×１０9ｃｍ-2未満では、光学
的特性の向上の効果が十分でなく、１×１０10ｃｍ-2を
超えるとかえって結晶性の低下を招く。光学的特性の評
価方法の例としては、フォトルミネッセンススペクトル
と呼ばれる、半導体結晶を光励起し、結晶から発する蛍
光を観察する方法などが挙げられる。
【００１０】本発明におけるループ状転位とは、透過型
電子線顕微鏡（以下、ＴＥＭと記すことがある）で観察
される転位が、環状につながっているものを指す。３−
５族化合物半導体でよくみられる貫通転位は、直線的に
発達するものであり、環状にならないため、本発明にお
けるループ状転位とは明確に区別することができる。特
に、ＩｎＮ混晶比の異なる本発明の３−５族化合物半導
体に、または本発明の３−５族化合物半導体とＩｎＮを
含まない化合物半導体を積層した場合、積層する層の接
合面に、垂直方向に電子線を照射して観察するいわゆる
プランビューのＴＥＭで明瞭にループ状転位を観察する
ことができる。
電子線顕微鏡（以下、ＴＥＭと記すことがある）で観察
される転位が、環状につながっているものを指す。３−
５族化合物半導体でよくみられる貫通転位は、直線的に
発達するものであり、環状にならないため、本発明にお
けるループ状転位とは明確に区別することができる。特
に、ＩｎＮ混晶比の異なる本発明の３−５族化合物半導
体に、または本発明の３−５族化合物半導体とＩｎＮを
含まない化合物半導体を積層した場合、積層する層の接
合面に、垂直方向に電子線を照射して観察するいわゆる
プランビューのＴＥＭで明瞭にループ状転位を観察する
ことができる。
【００１１】また、ループ状転位を有する層と結晶表面
が特定の距離以内であれば、走査型電子顕微鏡（以下、
ＳＥＭと記すことがある）により観察することも可能で
ある。この場合、ループ状転位を有する層と結晶表面と
の距離は、１０００Å以下であることが、明瞭な観察の
ためには好ましい。また、高い分解能で観察を行うため
には、電界放出型走査型電子顕微鏡（以下、ＦＥＳＥＭ
と記すことがある）を用いることが望ましい。なお、ル
ープ状転位の数としては、上記の観察方法により得られ
た像において、ループ状転位により区切られた部分の数
である。２つのループ状転位が、「８」の字状に、互い
に一部分を共有して接している場合、ループ状転位の数
は２である。２つのループ状転位が単純に交差している
ように見える場合でも、区切られる部分の数が３つであ
れば、ループ状転位の数は３である。
が特定の距離以内であれば、走査型電子顕微鏡（以下、
ＳＥＭと記すことがある）により観察することも可能で
ある。この場合、ループ状転位を有する層と結晶表面と
の距離は、１０００Å以下であることが、明瞭な観察の
ためには好ましい。また、高い分解能で観察を行うため
には、電界放出型走査型電子顕微鏡（以下、ＦＥＳＥＭ
と記すことがある）を用いることが望ましい。なお、ル
ープ状転位の数としては、上記の観察方法により得られ
た像において、ループ状転位により区切られた部分の数
である。２つのループ状転位が、「８」の字状に、互い
に一部分を共有して接している場合、ループ状転位の数
は２である。２つのループ状転位が単純に交差している
ように見える場合でも、区切られる部分の数が３つであ
れば、ループ状転位の数は３である。
【００１２】本発明の化合物半導体は、結晶性を低下さ
せない範囲で不純物をドーピングしてもよい。結晶性を
低下させない具体的な不純物濃度の範囲としては、好ま
しくは１×１０22ｃｍ-3以下、より好ましくは１×１０
21ｃｍ-3以下である。
せない範囲で不純物をドーピングしてもよい。結晶性を
低下させない具体的な不純物濃度の範囲としては、好ま
しくは１×１０22ｃｍ-3以下、より好ましくは１×１０
21ｃｍ-3以下である。
【００１３】また、本発明の３−５族化合物半導体は、
前記の３−５族化合物半導体が、これよりバンドギャッ
プの大きな一般式ＩｎpＧａqＡｌrＮ（ｐ＋ｑ＋ｒ＝
１、０≦ｐ≦１、０≦ｑ≦１、０≦ｒ≦１）で表される
３−５族化合物半導体と同じくこれよりバンドギャップ
の大きなＩｎsＧａtＡｌuＮ（ｓ＋ｔ＋ｕ＝１、０≦ｓ
≦１、０≦ｔ≦１、０≦ｕ≦１）で表される３−５族化
合物半導体とに接して挟まれてなる３−５族化合物半導
体である。すなわち、本発明の３−５族化合物半導体
が、この層よりもバンドギャップの大きな２つの層によ
り接して挟まれてなる、いわゆるダブルヘテロ接合を構
成することが好ましい。すなわち、ダブルへテロ構造を
用いることにより、効率よく電荷を発光層に閉じ込める
ことができるので、発光素子として用いたとき、高い発
光効率が得られる。効率よく発光層に電荷を閉じ込める
ためには、発光層に接する２つの層のバンドギャップ
は、発光層より０．１ｅＶ以上大きいことが好ましく、
さらに好ましくは０．３ｅＶ以上である。さらに、バン
ドギャップの大きな層（以下、バリア層と記すことがあ
る）とバンドギャップの小さな層（以下、井戸層と記す
ことがある）を繰り返し積層した、いわゆる多重量子井
戸を発光層とすることもできる。井戸層に効率よく電荷
を閉じ込めるためには、井戸層に接するバリア層のバン
ドギャップは、井戸層より０．１ｅＶ以上大きいことが
好ましく、さらに好ましくは０．３ｅＶ以上である。
前記の３−５族化合物半導体が、これよりバンドギャッ
プの大きな一般式ＩｎpＧａqＡｌrＮ（ｐ＋ｑ＋ｒ＝
１、０≦ｐ≦１、０≦ｑ≦１、０≦ｒ≦１）で表される
３−５族化合物半導体と同じくこれよりバンドギャップ
の大きなＩｎsＧａtＡｌuＮ（ｓ＋ｔ＋ｕ＝１、０≦ｓ
≦１、０≦ｔ≦１、０≦ｕ≦１）で表される３−５族化
合物半導体とに接して挟まれてなる３−５族化合物半導
体である。すなわち、本発明の３−５族化合物半導体
が、この層よりもバンドギャップの大きな２つの層によ
り接して挟まれてなる、いわゆるダブルヘテロ接合を構
成することが好ましい。すなわち、ダブルへテロ構造を
用いることにより、効率よく電荷を発光層に閉じ込める
ことができるので、発光素子として用いたとき、高い発
光効率が得られる。効率よく発光層に電荷を閉じ込める
ためには、発光層に接する２つの層のバンドギャップ
は、発光層より０．１ｅＶ以上大きいことが好ましく、
さらに好ましくは０．３ｅＶ以上である。さらに、バン
ドギャップの大きな層（以下、バリア層と記すことがあ
る）とバンドギャップの小さな層（以下、井戸層と記す
ことがある）を繰り返し積層した、いわゆる多重量子井
戸を発光層とすることもできる。井戸層に効率よく電荷
を閉じ込めるためには、井戸層に接するバリア層のバン
ドギャップは、井戸層より０．１ｅＶ以上大きいことが
好ましく、さらに好ましくは０．３ｅＶ以上である。
【００１４】高い発光効率を得るためには、井戸層に注
入された電荷を効率よく井戸層内に閉じ込めることが必
要であるが、このためには井戸層の厚さは、５Å以上５
００Å以下であることが好ましく、さらに好ましい井戸
層の厚さの範囲は、５Å以上３００Å以下であり、最も
好ましくは２０Å以上６０Å以下である。
入された電荷を効率よく井戸層内に閉じ込めることが必
要であるが、このためには井戸層の厚さは、５Å以上５
００Å以下であることが好ましく、さらに好ましい井戸
層の厚さの範囲は、５Å以上３００Å以下であり、最も
好ましくは２０Å以上６０Å以下である。
【００１５】井戸層がＡｌを含む場合、酸素等のドーパ
ントを取り込みやすいので、発光層として用いると、発
光効率が下がることがある。このような場合には、井戸
層としてＡｌを含まない一般式ＩｎxＧａyＮ（ただし、
ｘ＋ｙ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表されるもの
を用いることができる。
ントを取り込みやすいので、発光層として用いると、発
光効率が下がることがある。このような場合には、井戸
層としてＡｌを含まない一般式ＩｎxＧａyＮ（ただし、
ｘ＋ｙ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表されるもの
を用いることができる。
【００１６】該３−５族化合物半導体において、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、または半導体製造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ＩｎＮ混晶比の高い層の上に、ＩｎＮ混晶比の低い電
荷注入層を積層し、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混晶比は１０％以下、Ａ
ｌＮ混晶比は５％以上が好ましく、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。
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、または半導体製造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ＩｎＮ混晶比の高い層の上に、ＩｎＮ混晶比の低い電
荷注入層を積層し、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混晶比は１０％以下、Ａ
ｌＮ混晶比は５％以上が好ましく、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。
【００１７】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。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。また、１μｍより大きい場合には発光
効率が減少するので好ましくない。
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。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。また、１μｍより大きい場合には発光
効率が減少するので好ましくない。
【００１８】本発明の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、Ｈ
ＶＰＥと記すことがある）法などが挙げられる。これら
の方法のなかでは、ＭＯＶＰＥ法が、大面積にわたり、
均一な結晶成長が可能なため、重要である。ＭＯＶＰＥ
法による３−５族化合物半導体の製造には、以下のよう
な原料を用いることができる。３族原料としては、トリ
メチルガリウム［（ＣＨ3）3Ｇａ、以下ＴＭＧと記すこ
とがある］、トリエチルガリウム［（Ｃ2Ｈ5）3Ｇａ、
以下ＴＥＧと記すことがある］等の一般式Ｒ1Ｒ2Ｒ3Ｇ
ａ（ここで、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3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）3Ａｌ］、トリエチルアルミニウム
［（Ｃ2Ｈ5）3Ａｌ、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−Ｃ4Ｈ9）3Ａｌ］
等の一般式Ｒ1Ｒ2Ｒ3Ａｌ（ここで、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3は、
低級アルキル基を示す）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）3Ｎ：Ａｌ
Ｈ3］；トリメチルインジウム［（ＣＨ3）3Ｉｎ、以下
「ＴＭＩ」と記すことがある］、トリエチルインジウム
［（Ｃ2Ｈ5）3Ｉｎ］等の一般式Ｒ1Ｒ2Ｒ3Ｉｎ（ここ
で、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3は、低級アルキル基を示す）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、単独でまたは混合して用いられる。
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、Ｈ
ＶＰＥと記すことがある）法などが挙げられる。これら
の方法のなかでは、ＭＯＶＰＥ法が、大面積にわたり、
均一な結晶成長が可能なため、重要である。ＭＯＶＰＥ
法による３−５族化合物半導体の製造には、以下のよう
な原料を用いることができる。３族原料としては、トリ
メチルガリウム［（ＣＨ3）3Ｇａ、以下ＴＭＧと記すこ
とがある］、トリエチルガリウム［（Ｃ2Ｈ5）3Ｇａ、
以下ＴＥＧと記すことがある］等の一般式Ｒ1Ｒ2Ｒ3Ｇ
ａ（ここで、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3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）3Ａｌ］、トリエチルアルミニウム
［（Ｃ2Ｈ5）3Ａｌ、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−Ｃ4Ｈ9）3Ａｌ］
等の一般式Ｒ1Ｒ2Ｒ3Ａｌ（ここで、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3は、
低級アルキル基を示す）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）3Ｎ：Ａｌ
Ｈ3］；トリメチルインジウム［（ＣＨ3）3Ｉｎ、以下
「ＴＭＩ」と記すことがある］、トリエチルインジウム
［（Ｃ2Ｈ5）3Ｉｎ］等の一般式Ｒ1Ｒ2Ｒ3Ｉｎ（ここ
で、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3は、低級アルキル基を示す）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、単独でまたは混合して用いられる。
【００１９】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
で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。
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
で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。
【００２０】３−５族化合物半導体のｎ型ドーパントと
して、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｏが用いられる。この中で、低抵抗
のｎ型をつくりやすく、原料純度の高いものが得られる
Ｓｉが好ましい。Ｓｉのドーピング用の原料としては、
シラン（ＳｉＨ4）、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）などが用い
られる。ｐ型のドーパントとしては、Ｚｎ、Ｍｇが用い
られる。Ｚｎのドーピング用原料としては、ジメチル亜
鉛（（ＣＨ3）2Ｚｎ）、ジエチル亜鉛（（Ｃ2Ｈ5）2Ｚ
ｎ）などが挙げられる。Ｍｇのドーピング用原料として
は、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（（Ｃ
5Ｈ5）2Ｍｇ）、ビスメチルシクロペンタジエニルマグ
ネシウム（（Ｃ5Ｈ4ＣＨ3）2Ｍｇ）、ビスエチルシクロ
ペンタジエニルマグネシウム（（Ｃ5Ｈ4Ｃ2Ｈ5）2Ｍ
ｇ）などが挙げられる。
して、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｏが用いられる。この中で、低抵抗
のｎ型をつくりやすく、原料純度の高いものが得られる
Ｓｉが好ましい。Ｓｉのドーピング用の原料としては、
シラン（ＳｉＨ4）、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）などが用い
られる。ｐ型のドーパントとしては、Ｚｎ、Ｍｇが用い
られる。Ｚｎのドーピング用原料としては、ジメチル亜
鉛（（ＣＨ3）2Ｚｎ）、ジエチル亜鉛（（Ｃ2Ｈ5）2Ｚ
ｎ）などが挙げられる。Ｍｇのドーピング用原料として
は、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（（Ｃ
5Ｈ5）2Ｍｇ）、ビスメチルシクロペンタジエニルマグ
ネシウム（（Ｃ5Ｈ4ＣＨ3）2Ｍｇ）、ビスエチルシクロ
ペンタジエニルマグネシウム（（Ｃ5Ｈ4Ｃ2Ｈ5）2Ｍ
ｇ）などが挙げられる。
【００２１】該３−５族化合物半導体を成長させる基板
としては、サファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、Ｚｎ
Ｏ、ＮＧＯ（ＮｄＧａＯ3）、スピネル（ＭｇＡｌ
2Ｏ4）、ＧａＮ等を用いることができる。このなかで
も、サファイア、スピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）、ＳｉＣ、
ＧａＮ、Ｓｉが高品質の３−５族化合物半導体結晶を成
長できるので好ましい。また、ＳｉＣ、ＧａＮ、Ｓｉ
は、導電性の基板の作製が可能である点で好ましい。
としては、サファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、Ｚｎ
Ｏ、ＮＧＯ（ＮｄＧａＯ3）、スピネル（ＭｇＡｌ
2Ｏ4）、ＧａＮ等を用いることができる。このなかで
も、サファイア、スピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）、ＳｉＣ、
ＧａＮ、Ｓｉが高品質の３−５族化合物半導体結晶を成
長できるので好ましい。また、ＳｉＣ、ＧａＮ、Ｓｉ
は、導電性の基板の作製が可能である点で好ましい。
【００２２】
【実施例】以下、実施例により本発明を詳しく説明する
が、本発明は、これらに限定されるものではない。 実施例１〜４ 図１に示す本発明の３−５族化合物半導体を含む積層構
造を以下述べる方法にしたがい成長した。基板として、
サファイア（０００１）面を鏡面研磨したものを有機洗
浄して用いた。成長は、低温成長バッファ層を用いる２
段階成長法によった。まずＴＭＧとアンモニアを原料と
し、キャリアガスとして水素を用いて、５５０℃でＧａ
Ｎバッファ層を５００Å成長した。次に１１００℃に昇
温した後、ＴＭＧ、アンモニアおよびドーパントとし
て、シラン（ＳｉＨ4）を用いて、ｎ型ＧａＮ層を３μ
ｍ成長した。引き続いてシランの供給を止め、ノンドー
プＧａＮ層を１５００Å成長した。
が、本発明は、これらに限定されるものではない。 実施例１〜４ 図１に示す本発明の３−５族化合物半導体を含む積層構
造を以下述べる方法にしたがい成長した。基板として、
サファイア（０００１）面を鏡面研磨したものを有機洗
浄して用いた。成長は、低温成長バッファ層を用いる２
段階成長法によった。まずＴＭＧとアンモニアを原料と
し、キャリアガスとして水素を用いて、５５０℃でＧａ
Ｎバッファ層を５００Å成長した。次に１１００℃に昇
温した後、ＴＭＧ、アンモニアおよびドーパントとし
て、シラン（ＳｉＨ4）を用いて、ｎ型ＧａＮ層を３μ
ｍ成長した。引き続いてシランの供給を止め、ノンドー
プＧａＮ層を１５００Å成長した。
【００２３】次に７６０℃に降温し、キャリアガスを窒
素として、ＴＥＧ、アンモニアを用いてノンドープＧａ
Ｎ層を３００Å成長した後、ＴＥＧの供給を止め、成長
中断を３分行い、次にＴＥＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用
いて、本発明の３−５族化合物半導体である厚さ３０Å
のＩｎＧａＮ層を成長した。ＩｎＧａＮ層を成長したの
ち、ＴＥＧおよびＴＭＩの供給を止め、成長中断を１分
から５分まで変えて行い、引き続いてＴＥＧ、ＴＥＡ、
アンモニアを用いてＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層を約２００Å成
長した。
素として、ＴＥＧ、アンモニアを用いてノンドープＧａ
Ｎ層を３００Å成長した後、ＴＥＧの供給を止め、成長
中断を３分行い、次にＴＥＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用
いて、本発明の３−５族化合物半導体である厚さ３０Å
のＩｎＧａＮ層を成長した。ＩｎＧａＮ層を成長したの
ち、ＴＥＧおよびＴＭＩの供給を止め、成長中断を１分
から５分まで変えて行い、引き続いてＴＥＧ、ＴＥＡ、
アンモニアを用いてＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層を約２００Å成
長した。
【００２４】室温に冷却の後、成長炉から試料を取り出
し、ＨｅＣｄレーザーを照射して室温フォトルミネッセ
ンス（以下、ＰＬと記すことがある）を測定し光学特性
を評価したところ、どの試料もＩｎＧａＮ層からの青緑
色の明瞭な蛍光を示した。さらにこれらの試料をＦＥＳ
ＥＭにより観察した。各試料のループ状転位の密度とＰ
Ｌのピーク強度を表１にまとめる。表１から、ループ状
転位の密度が増すに連れて、ＰＬピーク強度が増大して
いることがわかり、本発明の化合物半導体が優れた光学
特性を有していることがわかる。
し、ＨｅＣｄレーザーを照射して室温フォトルミネッセ
ンス（以下、ＰＬと記すことがある）を測定し光学特性
を評価したところ、どの試料もＩｎＧａＮ層からの青緑
色の明瞭な蛍光を示した。さらにこれらの試料をＦＥＳ
ＥＭにより観察した。各試料のループ状転位の密度とＰ
Ｌのピーク強度を表１にまとめる。表１から、ループ状
転位の密度が増すに連れて、ＰＬピーク強度が増大して
いることがわかり、本発明の化合物半導体が優れた光学
特性を有していることがわかる。
【００２５】比較例１ １１００℃でＧａＮ層を成長した後、成長圧力を０．５
気圧に下げて、実施例１と同様にＧａＮを４５０Å、Ｉ
ｎＧａＮを６５Å、ＧａＡｌＮを３００Åを成長した。
この試料について実施例１と同様に、ループ状転位の密
度、フォトルミネッセンス強度を測定したところ、それ
ぞれ、２×１０10ｃｍ-2、０．０５（相対値）であり、
ループ状転位の密度が実施例１〜４より顕著に増加し、
フォトルミネッセンス強度が大幅に低下していることが
わかった。
気圧に下げて、実施例１と同様にＧａＮを４５０Å、Ｉ
ｎＧａＮを６５Å、ＧａＡｌＮを３００Åを成長した。
この試料について実施例１と同様に、ループ状転位の密
度、フォトルミネッセンス強度を測定したところ、それ
ぞれ、２×１０10ｃｍ-2、０．０５（相対値）であり、
ループ状転位の密度が実施例１〜４より顕著に増加し、
フォトルミネッセンス強度が大幅に低下していることが
わかった。
【００２６】比較例２ ＩｎＧａＮ層の厚みが１５Åであることをのぞいては実
施例１と同様の試料を作製した。この試料について実施
例１と同様に、ループ状転位の密度、フォトルミネッセ
ンス強度を測定したところ、それぞれ、６．４×１０8
ｃｍ-2、０．３（相対値）であった。
施例１と同様の試料を作製した。この試料について実施
例１と同様に、ループ状転位の密度、フォトルミネッセ
ンス強度を測定したところ、それぞれ、６．４×１０8
ｃｍ-2、０．３（相対値）であった。
【００２７】
【表１】
【００２８】
【発明の効果】本発明の特定の欠陥を含む一般式Ｉｎx
ＧａyＡｌzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜
１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体は、
結晶欠陥を含むにもかかわらず、発光素子として好適に
用いられる。
ＧａyＡｌzＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜
１、０≦ｚ＜１）で表される３−５族化合物半導体は、
結晶欠陥を含むにもかかわらず、発光素子として好適に
用いられる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 家近 泰 茨城県つくば市北原６ 住友化学工業株式 会社内 Ｆターム(参考） 5F041 AA03 CA04 CA34 CA40 CA65 5F045 AB14 AB17 AB18 AC01 AC08 AC09 AC12 AF09 CA11 DA53 5F052 GC06 JA10 KA02 KA05
Claims (3)
- 【請求項１】ループ状転位を１×１０9ｃｍ-2以上１×
１０10ｃｍ-2以下含むことを特徴とする一般式ＩｎxＧ
ａyＡｌzＮ（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。 - 【請求項２】請求項１に記載の３−５族化合物半導体
が、これよりバンドギャップの大きな一般式ＩｎpＧａq
ＡｌrＮ（ｐ＋ｑ＋ｒ＝１、０≦ｐ≦１、０≦ｑ≦１、
０≦ｒ≦１）で表される３−５族化合物半導体と同じく
バンドギャップの大きなＩｎsＧａtＡｌuＮ（ｓ＋ｔ＋
ｕ＝１、０≦ｓ≦１、０≦ｔ≦１、０≦ｕ≦１）で表さ
れる３−５族化合物半導体とに接して挟まれてなること
を特徴とする３−５族化合物半導体。 - 【請求項３】バンドギャップの大きな層に挟まれてなる
３−５族化合物半導体の層厚が、２０Å以上６０Å以下
であることを特徴とする請求２に記載の３−５族化合物
半導体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27139998A JP2000100735A (ja) | 1998-09-25 | 1998-09-25 | ３−５族化合物半導体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27139998A JP2000100735A (ja) | 1998-09-25 | 1998-09-25 | ３−５族化合物半導体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000100735A true JP2000100735A (ja) | 2000-04-07 |
Family
ID=17499527
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27139998A Pending JP2000100735A (ja) | 1998-09-25 | 1998-09-25 | ３−５族化合物半導体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000100735A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002003517A1 (fr) * | 2000-07-03 | 2002-01-10 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Element semi-conducteur emetteur de lumiere comprenant un compose de nitrure du groupe iii |
| US7968362B2 (en) | 2001-03-27 | 2011-06-28 | Ricoh Company, Ltd. | Semiconductor light-emitting device, surface-emission laser diode, and production apparatus thereof, production method, optical module and optical telecommunication system |
-
1998
- 1998-09-25 JP JP27139998A patent/JP2000100735A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002003517A1 (fr) * | 2000-07-03 | 2002-01-10 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Element semi-conducteur emetteur de lumiere comprenant un compose de nitrure du groupe iii |
| US6838706B2 (en) | 2000-07-03 | 2005-01-04 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Group III nitride compound semiconductor light-emitting device which emits light having a wavelength in a range from 360 to 550 NM |
| KR100680430B1 (ko) * | 2000-07-03 | 2007-02-08 | 도요다 고세이 가부시키가이샤 | Ⅲ족 질화물계 화합물 반도체 발광 소자 |
| US7968362B2 (en) | 2001-03-27 | 2011-06-28 | Ricoh Company, Ltd. | Semiconductor light-emitting device, surface-emission laser diode, and production apparatus thereof, production method, optical module and optical telecommunication system |
| US8293555B2 (en) | 2001-03-27 | 2012-10-23 | Ricoh Company, Ltd. | Semiconductor light-emitting device, surface-emission laser diode, and production apparatus thereof, production method, optical module and optical telecommunication system |
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