JP2000150959A - 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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- JP2000150959A JP2000150959A JP32772198A JP32772198A JP2000150959A JP 2000150959 A JP2000150959 A JP 2000150959A JP 32772198 A JP32772198 A JP 32772198A JP 32772198 A JP32772198 A JP 32772198A JP 2000150959 A JP2000150959 A JP 2000150959A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】高効率および高信頼性の窒化ガリウム系化合物
半導体発光素子を実現する。 【解決手段】第１クラッド層の成長温度とは異なる温度
で、または異なる混晶組成比でピット抑制層を量子井戸
発光層下に形成することによって、第１クラッド層から
の貫通転移に伴う発光層内でのピット密度を大幅に低減
させる。
半導体発光素子を実現する。 【解決手段】第１クラッド層の成長温度とは異なる温度
で、または異なる混晶組成比でピット抑制層を量子井戸
発光層下に形成することによって、第１クラッド層から
の貫通転移に伴う発光層内でのピット密度を大幅に低減
させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は窒化ガリウム系化合
物半導体発光素子に関する。
物半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化ガリウム（以下ＧａＮ）を中心とす
るＡｌＮ，ＩｎＮからなる（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＮ
窒化ガリウム系化合物半導体四元混晶は、室温下で約
１.９ｅＶから６.２ｅＶの禁制帯幅を有し、且つ全ての
組成領域において直接遷移型であることを特徴とする。
このため、その混晶比を変えることによって青紫色から
赤色までの発光を得ることが可能であることから、次世
代の発光素子材料として近年特に注目されている。現
在、これら窒化ガリウム系化合物半導体の結晶成長は、
基板定数が大きく異なるものの、同様な六方晶構造であ
るサファイア基板を用いて行われている。しかし、(０
００１)面のサファイア基板とＧａＮ間では、約１６％
近くもの格子不正合率が存在する。このため、サファイ
ア基板上に成長した窒化ガリウム系化合物半導体層には
約１０10cm-2程度の高密度な貫通転移が生成される。
るＡｌＮ，ＩｎＮからなる（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＮ
窒化ガリウム系化合物半導体四元混晶は、室温下で約
１.９ｅＶから６.２ｅＶの禁制帯幅を有し、且つ全ての
組成領域において直接遷移型であることを特徴とする。
このため、その混晶比を変えることによって青紫色から
赤色までの発光を得ることが可能であることから、次世
代の発光素子材料として近年特に注目されている。現
在、これら窒化ガリウム系化合物半導体の結晶成長は、
基板定数が大きく異なるものの、同様な六方晶構造であ
るサファイア基板を用いて行われている。しかし、(０
００１)面のサファイア基板とＧａＮ間では、約１６％
近くもの格子不正合率が存在する。このため、サファイ
ア基板上に成長した窒化ガリウム系化合物半導体層には
約１０10cm-2程度の高密度な貫通転移が生成される。
【０００３】この高密度に生成された結晶欠陥は、発光
層としてＩｎxＧａ1-xＮ（但し０≦ｘ≦１）三元混晶を
用いた場合には以下のような問題を引き起こすことが報
告されている（Y. Chen et al.,アプライド フィジク
ス レターズ（Appl. Phys.Lett.)７２，７１０（１９
９８））。サファイア基板上に成長したＧａＮ上にＩｎ
ＧａＮ多重量子井戸構造を形成すると、その表面には六
角形状のピットが多く形成される。このピットは、下地
層であるＧａＮで生成された転移の貫通によって形成さ
れる。そのピット密度はＧａＮ中に生成された貫通転移
密度とほぼ同程度ある。このようにＩｎＧａＮ発光層中
にピットが高密度に形成されることによって、発光層内
では組成の揺らぎを引き起こすことが懸念される。ま
た、発光デバイスにおいては、このピットの形成による
発光効率の低下やピットを介したデバイスの特性劣化が
問題となる。
層としてＩｎxＧａ1-xＮ（但し０≦ｘ≦１）三元混晶を
用いた場合には以下のような問題を引き起こすことが報
告されている（Y. Chen et al.,アプライド フィジク
ス レターズ（Appl. Phys.Lett.)７２，７１０（１９
９８））。サファイア基板上に成長したＧａＮ上にＩｎ
ＧａＮ多重量子井戸構造を形成すると、その表面には六
角形状のピットが多く形成される。このピットは、下地
層であるＧａＮで生成された転移の貫通によって形成さ
れる。そのピット密度はＧａＮ中に生成された貫通転移
密度とほぼ同程度ある。このようにＩｎＧａＮ発光層中
にピットが高密度に形成されることによって、発光層内
では組成の揺らぎを引き起こすことが懸念される。ま
た、発光デバイスにおいては、このピットの形成による
発光効率の低下やピットを介したデバイスの特性劣化が
問題となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、第１
クラッド層上に新たに窒化ガリウム系半導体層を形成
後、発光層を成長することによって、下地層からの転移
の貫通に伴う発光層内でのピット形成を抑制し、高効率
および高信頼性の窒化ガリウム系半導体発光素子を実現
することである。
クラッド層上に新たに窒化ガリウム系半導体層を形成
後、発光層を成長することによって、下地層からの転移
の貫通に伴う発光層内でのピット形成を抑制し、高効率
および高信頼性の窒化ガリウム系半導体発光素子を実現
することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明であ
る以下の手段を用いることによって達成できる。第１の
手段として、第１クラッド層上にその成長温度とは異な
る温度にて窒化ガリウム系化合物半導体層を成長後、発
光層を形成する。第２の手段として、第１のクラッド層
上にその混晶組成比とは異なる窒化ガリウム系半導体層
を成長し、その上に発光層を形成する。第３の手段とし
て、発光層は量子井戸構造とする。そして第４ないし第
６の手段として、それら発光素子は、量子井戸発光層を
有する(ＡｌxＧａ1-x)yＩｎ1-yＮ（但し０≦ｘ≦１，０
≦ｙ≦１）からなる窒化ガリウム系発光ダイオードまた
はレーザダイオード構造とする。
る以下の手段を用いることによって達成できる。第１の
手段として、第１クラッド層上にその成長温度とは異な
る温度にて窒化ガリウム系化合物半導体層を成長後、発
光層を形成する。第２の手段として、第１のクラッド層
上にその混晶組成比とは異なる窒化ガリウム系半導体層
を成長し、その上に発光層を形成する。第３の手段とし
て、発光層は量子井戸構造とする。そして第４ないし第
６の手段として、それら発光素子は、量子井戸発光層を
有する(ＡｌxＧａ1-x)yＩｎ1-yＮ（但し０≦ｘ≦１，０
≦ｙ≦１）からなる窒化ガリウム系発光ダイオードまた
はレーザダイオード構造とする。
【０００６】まず、第１および第２の手段を用いた場合
の作用について説明する。従来技術でも述べたように、
発光層内には、下地層からの貫通転移によって高密度な
ピットが形成される。これに対して、第１クラッド層上
に、その成長温度とは異なる温度にて、もしくはその混
晶組成比とは異なる窒化ガリウム系半導体層（以下ピッ
ト抑制層）を成長し、発光層を形成することで、発光層
内でのピット形成を抑制することができる。
の作用について説明する。従来技術でも述べたように、
発光層内には、下地層からの貫通転移によって高密度な
ピットが形成される。これに対して、第１クラッド層上
に、その成長温度とは異なる温度にて、もしくはその混
晶組成比とは異なる窒化ガリウム系半導体層（以下ピッ
ト抑制層）を成長し、発光層を形成することで、発光層
内でのピット形成を抑制することができる。
【０００７】例えば第１のクラッド層の成長温度よりも
低い温度にて、その上にＧａＮピット抑制層を成長後、
発光層を形成した場合の作用は次の通りである。一般的
に、良質な結晶性が得られるＧａＮの成長温度は約１０
００度と高い。これに対して、例えば約５００度程度の
低い温度で成長すると、そのＧａＮ結晶性は単結晶性か
ら非晶質性へと変化する。この非晶質なＧａＮを成長
後、再度１０００度程度まで昇温すると単結晶性が高い
ＧａＮへと再結晶化する。本発明ではこのＧａＮにおけ
る再結晶化を利用する。つまり、第１のクラッド層と発
光層との間に新たに非晶質なＧａＮを形成後、再結晶化
させることで、第１のクラッド層から貫通してきた転移
の伝播を鈍らせることができる。
低い温度にて、その上にＧａＮピット抑制層を成長後、
発光層を形成した場合の作用は次の通りである。一般的
に、良質な結晶性が得られるＧａＮの成長温度は約１０
００度と高い。これに対して、例えば約５００度程度の
低い温度で成長すると、そのＧａＮ結晶性は単結晶性か
ら非晶質性へと変化する。この非晶質なＧａＮを成長
後、再度１０００度程度まで昇温すると単結晶性が高い
ＧａＮへと再結晶化する。本発明ではこのＧａＮにおけ
る再結晶化を利用する。つまり、第１のクラッド層と発
光層との間に新たに非晶質なＧａＮを形成後、再結晶化
させることで、第１のクラッド層から貫通してきた転移
の伝播を鈍らせることができる。
【０００８】一方、このピット抑制層をＧａＮではな
く、第１のクラッド層の混晶比とは異なるＡｌxＧａ1-x
Ｎ（但し０≦ｘ≦１）とした場合の作用は以下の通りで
ある。一般的にＡｌＮの成長温度は、ＧａＮより１００
〜２００度程度も高い。これは、ＧａＮよりもＡｌＮの
原子間結合力が強いことを示している。本発明では、こ
の強い原子間結合性を利用する。先に述べたＧａＮピッ
ト抑制層と同様に、第１のクラッド層と発光層との間に
ＡｌＧａＮピット抑制層を形成することによって、第１
のクラッド層から発光層への転移の貫通をこの強い原子
間結合力によって低減させることができる。但し、この
ＡｌＧａＮピット抑制層は、第１のクラッド層からのキ
ャリアの障壁層にならないようにするために、その厚さ
および混晶比の設定には注意しなければならない。
く、第１のクラッド層の混晶比とは異なるＡｌxＧａ1-x
Ｎ（但し０≦ｘ≦１）とした場合の作用は以下の通りで
ある。一般的にＡｌＮの成長温度は、ＧａＮより１００
〜２００度程度も高い。これは、ＧａＮよりもＡｌＮの
原子間結合力が強いことを示している。本発明では、こ
の強い原子間結合性を利用する。先に述べたＧａＮピッ
ト抑制層と同様に、第１のクラッド層と発光層との間に
ＡｌＧａＮピット抑制層を形成することによって、第１
のクラッド層から発光層への転移の貫通をこの強い原子
間結合力によって低減させることができる。但し、この
ＡｌＧａＮピット抑制層は、第１のクラッド層からのキ
ャリアの障壁層にならないようにするために、その厚さ
および混晶比の設定には注意しなければならない。
【０００９】以上、ピット抑制層の再結晶化または強い
結晶結合性を利用することで下地層からの転移の貫通に
伴う発光層内でのピット形成を抑制することができる。
結晶結合性を利用することで下地層からの転移の貫通に
伴う発光層内でのピット形成を抑制することができる。
【００１０】そして、第３，４，５，６の手段である
(ＡｌxＧａ1-x)yＩｎ1-yＮ（但し０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦
１）窒化ガリウム系半導体を用いて量子井戸構造からな
る発光層を備えた発光ダイオードまたはレーザダイオー
ド素子構造を形成することによって、高効率、且つ高信
頼性の窒化ガリウム系半導体発光素子を実現できる。
(ＡｌxＧａ1-x)yＩｎ1-yＮ（但し０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦
１）窒化ガリウム系半導体を用いて量子井戸構造からな
る発光層を備えた発光ダイオードまたはレーザダイオー
ド素子構造を形成することによって、高効率、且つ高信
頼性の窒化ガリウム系半導体発光素子を実現できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明であるピット抑制層
を用いて作製した窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
の実施例について説明する。
を用いて作製した窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
の実施例について説明する。
【００１２】（実施例１）本実施例では、第１のクラッ
ド層の成長温度よりも低温で成長したＧａＮピット抑制
層を活性層下に形成し窒化ガリウム系化合物半導体レー
ザダイオードを作製した。
ド層の成長温度よりも低温で成長したＧａＮピット抑制
層を活性層下に形成し窒化ガリウム系化合物半導体レー
ザダイオードを作製した。
【００１３】図１にその素子の断面図を示す。図１にお
いて、１０１は（０００１）面サファイア基板、１０２
は低温ＧａＮバッファ層（ｄ＝２０ｎｍ）、１０３はｎ
型ＳｉドープＧａＮ層（ｎ＝１×１０18cm-3，ｄ＝４μ
ｍ）、１０４はｎ型ＳｉドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層(ｎ
＝５×１０17cm-3，ｄ＝０.５μｍ）、１０５は第１の
クラッド層に相当するｎ型ＳｉドープＧａＮ層（ｎ＝５
×１０17cm-3，ｄ＝０.１μｍ)、１０６は本発明である
ｎ型ＳｉドープＧａＮピット抑制層（ｎ＝５×１０17cm
-3,ｄ＝２０ｎｍ)、１０７はノンドープＩｎ0.15Ｇａ
0.85Ｎ／ＧａＮ歪量子井戸発光層（各膜厚５ｎｍ，３周
期）、１０８は第２のクラッド層に相当するｐ型Ｍｇド
ープＧａＮ層（ｐ＝２×１０17cm-3，ｄ＝０.１μｍ)、
１０９はｐ型ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層（ｐ＝２×
１０17cm-3，ｄ＝１.５μｍ)、１１０はｐ型Ｍｇドープ
ＧａＮ層(ｐ＝２×１０18cm-3，ｄ＝０.２μｍ）で、１
１１はＳｉＯ2 絶縁膜、１１２はｎ型電極，１１３はｐ
型電極である。
いて、１０１は（０００１）面サファイア基板、１０２
は低温ＧａＮバッファ層（ｄ＝２０ｎｍ）、１０３はｎ
型ＳｉドープＧａＮ層（ｎ＝１×１０18cm-3，ｄ＝４μ
ｍ）、１０４はｎ型ＳｉドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層(ｎ
＝５×１０17cm-3，ｄ＝０.５μｍ）、１０５は第１の
クラッド層に相当するｎ型ＳｉドープＧａＮ層（ｎ＝５
×１０17cm-3，ｄ＝０.１μｍ)、１０６は本発明である
ｎ型ＳｉドープＧａＮピット抑制層（ｎ＝５×１０17cm
-3,ｄ＝２０ｎｍ)、１０７はノンドープＩｎ0.15Ｇａ
0.85Ｎ／ＧａＮ歪量子井戸発光層（各膜厚５ｎｍ，３周
期）、１０８は第２のクラッド層に相当するｐ型Ｍｇド
ープＧａＮ層（ｐ＝２×１０17cm-3，ｄ＝０.１μｍ)、
１０９はｐ型ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層（ｐ＝２×
１０17cm-3，ｄ＝１.５μｍ)、１１０はｐ型Ｍｇドープ
ＧａＮ層(ｐ＝２×１０18cm-3，ｄ＝０.２μｍ）で、１
１１はＳｉＯ2 絶縁膜、１１２はｎ型電極，１１３はｐ
型電極である。
【００１４】上記１０２から１１０までの層は、一般的
な有機金属気相成長装置を用いて基板結晶１０１の上に
結晶成長した。原料にはＴＭＧａ（トリメチルガリウ
ム），ＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム），ＮＨ3，
ＳｉＨ4およびＣｐ2Ｍｇ(シクロペンタジエニルマグネ
シウム）を用いた。成長温度は、低温バッファ層１０２
は５２０℃、ＧａＮピット抑制層１０６は５５０℃、Ｉ
ｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ／ＧａＮ歪量子井戸活性層１０７は７
６０℃、その他の層は１０２０℃とした。
な有機金属気相成長装置を用いて基板結晶１０１の上に
結晶成長した。原料にはＴＭＧａ（トリメチルガリウ
ム），ＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム），ＮＨ3，
ＳｉＨ4およびＣｐ2Ｍｇ(シクロペンタジエニルマグネ
シウム）を用いた。成長温度は、低温バッファ層１０２
は５２０℃、ＧａＮピット抑制層１０６は５５０℃、Ｉ
ｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ／ＧａＮ歪量子井戸活性層１０７は７
６０℃、その他の層は１０２０℃とした。
【００１５】サファイア基板１０１を水素気流中１１０
０℃で加熱処理した後、５２０℃に降温し、ＧａＮバッ
ファ層１０２を形成し、続いて１０２０℃に昇温後、ｎ
型ＳｉドープＧａＮ層１０３からｎ型ＳｉドープＧａＮ
層１０５までを成長した。その後、ＧａＮピット抑制層
１０６を成長するために再度５５０℃まで降温した。そ
して、ＧａＮピット抑制層１０６を成長後、一旦１００
０℃まで昇温することによってＧａＮピット抑制層１０
６の再結晶化を行った。その後、温度７６０℃まで降温
し、ノンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ／ＧａＮ歪量子井戸
発光層１０７を成長後、再び１０２０℃まで昇温し、ｐ
型ＭｇドープＧａＮ層１０８からｐ型ＭｇドープＧａＮ
層１１０までの成長を行った。
０℃で加熱処理した後、５２０℃に降温し、ＧａＮバッ
ファ層１０２を形成し、続いて１０２０℃に昇温後、ｎ
型ＳｉドープＧａＮ層１０３からｎ型ＳｉドープＧａＮ
層１０５までを成長した。その後、ＧａＮピット抑制層
１０６を成長するために再度５５０℃まで降温した。そ
して、ＧａＮピット抑制層１０６を成長後、一旦１００
０℃まで昇温することによってＧａＮピット抑制層１０
６の再結晶化を行った。その後、温度７６０℃まで降温
し、ノンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ／ＧａＮ歪量子井戸
発光層１０７を成長後、再び１０２０℃まで昇温し、ｐ
型ＭｇドープＧａＮ層１０８からｐ型ＭｇドープＧａＮ
層１１０までの成長を行った。
【００１６】結晶成長が終了した後、ドライエッチング
技術によりメサ構造と絶縁膜１１１の形成を行い、続い
て、ｎ型電極１１２，ｎ型電極１１３を真空蒸着法によ
り形成した。これらの試料を用い、劈開法により共振器
端面を形成し、それらの端面に誘電体高反射膜ミラーを
形成した後に、各素子を分離してレーザダイオード素子
とした。
技術によりメサ構造と絶縁膜１１１の形成を行い、続い
て、ｎ型電極１１２，ｎ型電極１１３を真空蒸着法によ
り形成した。これらの試料を用い、劈開法により共振器
端面を形成し、それらの端面に誘電体高反射膜ミラーを
形成した後に、各素子を分離してレーザダイオード素子
とした。
【００１７】この素子に動作電圧５Ｖで２０ｍＡの電流
を流したところ、波長４１０ｎｍに光出力５ｍＷの紫外
レーザ光が得られた。この素子における発光層内に形成
されたピット密度を透過型電子顕微鏡を用いて観察した
結果、２×１０3cm-2 であった。このピット密度はＧａ
Ｎピット抑制層１０６を形成しない素子に比べ約６桁も
低い値であった。また、環境温度６０℃の劣化試験にお
いて５０００時間以上の寿命を示した。
を流したところ、波長４１０ｎｍに光出力５ｍＷの紫外
レーザ光が得られた。この素子における発光層内に形成
されたピット密度を透過型電子顕微鏡を用いて観察した
結果、２×１０3cm-2 であった。このピット密度はＧａ
Ｎピット抑制層１０６を形成しない素子に比べ約６桁も
低い値であった。また、環境温度６０℃の劣化試験にお
いて５０００時間以上の寿命を示した。
【００１８】（実施例２）本実施例では、ＡｌＮピット
抑制層を活性層下に形成し、窒化ガリウム系化合物半導
体発光ダイオードを作製した。
抑制層を活性層下に形成し、窒化ガリウム系化合物半導
体発光ダイオードを作製した。
【００１９】図２にその素子の断面図を示す。図２にお
いて、１０１は（０００１）面サファイア基板、１０２
は低温ＧａＮバッファ層（ｄ＝２０ｎｍ）、１０３はｎ
型ＳｉドープＧａＮ層（ｎ＝１×１０18cm-3，ｄ＝４μ
ｍ）、１０４はｎ型ＳｉドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層（ｎ
＝５×１０17cm-3，ｄ＝０.５μｍ)、１０５は第１のク
ラッド層に相当するｎ型ＳｉドープＧａＮ層（ｎ＝５×
１０17cm-3，ｄ＝０.１μｍ)、１１４は本発明であるｎ
型ドープＡｌＮピット抑制層（ｎ＝５×１０17cm-3,ｄ
＝１０ｎｍ)、１１５はＳｉドープＩｎ0.3Ｇａ0.7Ｎ／
ＧａＮ歪量子井戸発光層（各膜厚５ｎｍ，１０周期）、
１０８は第２のクラッド層に相当するｐ型ＭｇドープＧ
ａＮ層（ｐ＝２×１０17cm-3，ｄ＝０.１μｍ)、１０９
はｐ型ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層（ｐ＝２×１０17
cm-3，ｄ＝１.５μｍ)、110はｐ型ＭｇドープＧａＮ層
（ｐ＝２×１０18cm-3，ｄ＝０.２μｍ)で、１１１はＳ
ｉＯ2 絶縁膜、１１２はｎ型電極、１１３はｐ型電極で
ある。
いて、１０１は（０００１）面サファイア基板、１０２
は低温ＧａＮバッファ層（ｄ＝２０ｎｍ）、１０３はｎ
型ＳｉドープＧａＮ層（ｎ＝１×１０18cm-3，ｄ＝４μ
ｍ）、１０４はｎ型ＳｉドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層（ｎ
＝５×１０17cm-3，ｄ＝０.５μｍ)、１０５は第１のク
ラッド層に相当するｎ型ＳｉドープＧａＮ層（ｎ＝５×
１０17cm-3，ｄ＝０.１μｍ)、１１４は本発明であるｎ
型ドープＡｌＮピット抑制層（ｎ＝５×１０17cm-3,ｄ
＝１０ｎｍ)、１１５はＳｉドープＩｎ0.3Ｇａ0.7Ｎ／
ＧａＮ歪量子井戸発光層（各膜厚５ｎｍ，１０周期）、
１０８は第２のクラッド層に相当するｐ型ＭｇドープＧ
ａＮ層（ｐ＝２×１０17cm-3，ｄ＝０.１μｍ)、１０９
はｐ型ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層（ｐ＝２×１０17
cm-3，ｄ＝１.５μｍ)、110はｐ型ＭｇドープＧａＮ層
（ｐ＝２×１０18cm-3，ｄ＝０.２μｍ)で、１１１はＳ
ｉＯ2 絶縁膜、１１２はｎ型電極、１１３はｐ型電極で
ある。
【００２０】上記１０２から１１０までの層は、実施例
１と同様にサファイア基板１０１上に有機金属気相成長
法により順次結晶成長した。用いた原料は実施例１と同
様である。成長温度は、低温バッファ層１０２は５２０
℃、ＡｌＮピット抑制層114は１１００℃、Ｉｎ0.3Ｇａ
0.7Ｎ／ＧａＮ歪量子井戸活性層１１５は７４０℃、そ
の他の層は１０２０℃とした。
１と同様にサファイア基板１０１上に有機金属気相成長
法により順次結晶成長した。用いた原料は実施例１と同
様である。成長温度は、低温バッファ層１０２は５２０
℃、ＡｌＮピット抑制層114は１１００℃、Ｉｎ0.3Ｇａ
0.7Ｎ／ＧａＮ歪量子井戸活性層１１５は７４０℃、そ
の他の層は１０２０℃とした。
【００２１】サファイア基板１０１を水素気流中１１０
０℃で加熱処理した後、５２０℃に降温し、ＧａＮバッ
ファ層１０２を成した。その後、１０２０℃まで昇温
し、ｎ型ＳｉドープＧａＮ層１０３からｎ型Ｓｉドープ
ＧａＮ層１０５までを成長した。そして、さらに１１０
０℃まで昇温し、ＡｌＮピット抑制層１０６を成長後、
温度７４０℃まで降温し、ノンドープＩｎ0.3Ｇａ0.7Ｎ
／ＧａＮ歪量子井戸発光層１１５を成長した。
０℃で加熱処理した後、５２０℃に降温し、ＧａＮバッ
ファ層１０２を成した。その後、１０２０℃まで昇温
し、ｎ型ＳｉドープＧａＮ層１０３からｎ型Ｓｉドープ
ＧａＮ層１０５までを成長した。そして、さらに１１０
０℃まで昇温し、ＡｌＮピット抑制層１０６を成長後、
温度７４０℃まで降温し、ノンドープＩｎ0.3Ｇａ0.7Ｎ
／ＧａＮ歪量子井戸発光層１１５を成長した。
【００２２】その後、再び１０２０℃まで昇温し、ｐ型
ＭｇドープＧａＮ層１０８からｐ型ＭｇドープＧａＮ層
１１０まで成長を行った。結晶成長後は、実施例１と同
様にメサ構造と絶縁膜１１１の形成を行い、続いて、ｎ
型電極１１２，ｐ型電極113を形成した。これらを各素
子して分離して発光ダイオード素子とした。
ＭｇドープＧａＮ層１０８からｐ型ＭｇドープＧａＮ層
１１０まで成長を行った。結晶成長後は、実施例１と同
様にメサ構造と絶縁膜１１１の形成を行い、続いて、ｎ
型電極１１２，ｐ型電極113を形成した。これらを各素
子して分離して発光ダイオード素子とした。
【００２３】この素子に動作電圧５Ｖで２０ｍＡの電流
を流したところ波長４５０ｎｍの高輝度な青色光が得ら
れた。また、この素子における発光層内のピット密度を
透過型電子顕微鏡にて観察した結果、８×１０3cm-2 と
従来の素子に比べ数桁低い値であった。なお、本実施例
ではピット抑制層としてＡｌＮ層を用いたがＡｌ0.5Ｇ
ａ0.5Ｎ層でも同様な効果を得ることができた。
を流したところ波長４５０ｎｍの高輝度な青色光が得ら
れた。また、この素子における発光層内のピット密度を
透過型電子顕微鏡にて観察した結果、８×１０3cm-2 と
従来の素子に比べ数桁低い値であった。なお、本実施例
ではピット抑制層としてＡｌＮ層を用いたがＡｌ0.5Ｇ
ａ0.5Ｎ層でも同様な効果を得ることができた。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、ピット抑制層を介
して発光層を成長することにより、第１クラッド層から
の貫通転移に伴う発光層内のピット形成を容易に減少さ
せることができる。その結果、信頼性の高い青色〜紫外
色の発光デバイスが作製可能となり、その産業上の利用
価値は非常に大きい。
して発光層を成長することにより、第１クラッド層から
の貫通転移に伴う発光層内のピット形成を容易に減少さ
せることができる。その結果、信頼性の高い青色〜紫外
色の発光デバイスが作製可能となり、その産業上の利用
価値は非常に大きい。
【図１】実施例１に記載した窒化ガリウム系化合物半導
体レーザの断面図。
体レーザの断面図。
【図２】実施例２に記載した窒化ガリウム系化合物半導
体発光ダイオードの断面図。
体発光ダイオードの断面図。
１０１…（０００１）面サファイア基板、１０２…低温
ＧａＮバッファ層、１０３…ｎ型ＳｉドープＧａＮ層、
１０４…ｎ型ＳｉドープＡｌＧａＮ層、105…ｎ型Ｓｉ
ドープＧａＮ層、１０６…ｎ型ＳｉドープＧａＮピット
抑制層、107…ノンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ／ＧａＮ
歪量子井戸発光層、１０８…ｐ型ＭｇドープＧａＮ層、
１０９…ｐ型ＭｇドープＡｌＧａＮ層、１１０…ｐ型Ｍ
ｇドープＧａＮ、１１１…ＳｉＯ2 絶縁膜、１１２…ｐ
型電極、１１３…ｎ型電極、１１４…ｎ型ＳｉドープＡ
ｌＮピット抑制層、１１５…ＳｉドープＩｎ0.30Ｇａ
0.70Ｎ／ＧａＮ歪量子井戸発光層。
ＧａＮバッファ層、１０３…ｎ型ＳｉドープＧａＮ層、
１０４…ｎ型ＳｉドープＡｌＧａＮ層、105…ｎ型Ｓｉ
ドープＧａＮ層、１０６…ｎ型ＳｉドープＧａＮピット
抑制層、107…ノンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ／ＧａＮ
歪量子井戸発光層、１０８…ｐ型ＭｇドープＧａＮ層、
１０９…ｐ型ＭｇドープＡｌＧａＮ層、１１０…ｐ型Ｍ
ｇドープＧａＮ、１１１…ＳｉＯ2 絶縁膜、１１２…ｐ
型電極、１１３…ｎ型電極、１１４…ｎ型ＳｉドープＡ
ｌＮピット抑制層、１１５…ＳｉドープＩｎ0.30Ｇａ
0.70Ｎ／ＧａＮ歪量子井戸発光層。
フロントページの続き (72)発明者 河田 雅彦 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 Ｆターム(参考） 5F041 AA11 AA43 CA04 CA05 CA34 CA40 CA46 CA65 5F073 AA11 AA62 AA74 CA07 CA17 EA07 EA28
Claims (6)
- 【請求項１】サファイア基板上に少なくとも、窒化ガリ
ウム系半導体から成る第１のクラッド層，発光層および
第２のクラッド層が形成された多層構造において、第１
クラッド層とは異なる成長温度にて成長した窒化ガリウ
ム系半導体層上に上記発光層が形成されていることを特
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】請求項１において、第１のクラッド層の混
晶組成比とは異なる窒化ガリウム系半導体層上に上記発
光層が形成されてい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３】請求項１または２記載の上記発光層は量子
井戸構造であ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４】請求項１または２記載の発光素子は、（Ａ
ｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＮ（但し０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦
１）であ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５】請求項１ないし４のいずれか記載の発光素
子は、自然放出光を得るための発光ダイオード構造であ
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６】請求項１ないし４のいずれか記載の発光素
子は、誘導放出光を得るための共振器構造を備えたレー
ザダイオード構造であ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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32772198A JP2000150959A (ja) | 1998-11-18 | 1998-11-18 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP32772198A JP2000150959A (ja) | 1998-11-18 | 1998-11-18 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000150959A true JP2000150959A (ja) | 2000-05-30 |
Family
ID=18202256
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32772198A Pending JP2000150959A (ja) | 1998-11-18 | 1998-11-18 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000150959A (ja) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6459096B1 (en) * | 1998-01-14 | 2002-10-01 | Manijeh Razeghi | Multi quantum well grinsch detector |
| WO2002099859A1 (fr) | 2001-06-04 | 2002-12-12 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Procede de production d'un semiconducteur au nitrure iii |
| US6580098B1 (en) | 1999-07-27 | 2003-06-17 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Method for manufacturing gallium nitride compound semiconductor |
| US6645295B1 (en) | 1999-05-10 | 2003-11-11 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Method for manufacturing group III nitride compound semiconductor and a light-emitting device using group III nitride compound semiconductor |
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| US6844246B2 (en) | 2001-03-22 | 2005-01-18 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Production method of III nitride compound semiconductor, and III nitride compound semiconductor element based on it |
| US6855620B2 (en) | 2000-04-28 | 2005-02-15 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Method for fabricating Group III nitride compound semiconductor substrates and semiconductor devices |
| US6860943B2 (en) | 2001-10-12 | 2005-03-01 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Method for producing group III nitride compound semiconductor |
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| US7619261B2 (en) | 2000-08-07 | 2009-11-17 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Method for manufacturing gallium nitride compound semiconductor |
-
1998
- 1998-11-18 JP JP32772198A patent/JP2000150959A/ja active Pending
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