JP2000216096A - Chemical vapor deposition method of gallium indium nitride crystal layer - Google Patents

Chemical vapor deposition method of gallium indium nitride crystal layer

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JP2000216096A
JP2000216096A JP11013852A JP1385299A JP2000216096A JP 2000216096 A JP2000216096 A JP 2000216096A JP 11013852 A JP11013852 A JP 11013852A JP 1385299 A JP1385299 A JP 1385299A JP 2000216096 A JP2000216096 A JP 2000216096A
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crystal layer
indium
layer
gallium
indium nitride
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Takashi Udagawa
隆 宇田川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a chemical vapor deposition method whereby a gallium indium nitride crystal layer having a multi-phase structure contg. microcrystals functioning as quantum boxes or quantum dots as a subordinate phase can be efficiently formed. SOLUTION: The chemical vapor deposition method is as follows. On a substrate a gallium indium nitride (GaxIn1-xN: 0<=x<1) crystal layer is formed by the org. metal thermal composition vapor phase deposition method using cyclopentadienyl In (C5H5In(I)) having a monovalent bond as an In material with an org. Si compd. added 0.1-100 wt.ppm as converted in Si element concn. as an impurity at the same time to the In material. The gallium indium nitride crystal layer is formed in contact with a III group compd. semiconductor layer formed on the substrate.

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、有機インジウム化
合物をインジウム原料とする気相成長方法により、例え
ば高輝度のIII 族窒化物半導体発光素子などの高性能II
I 族窒化物半導体デバイスを製造するのに好適に用いら
れる窒化ガリウム・インジウム結晶層を形成するための
技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a vapor phase growth method using an organic indium compound as an indium raw material, for example, a high-performance II such as a high-luminance group III nitride semiconductor light emitting device.
The present invention relates to a technique for forming a gallium indium nitride crystal layer suitably used for manufacturing a group I nitride semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】以下、窒化ガリウム・インジウム結晶層
が活性層(発光層或いは井戸層)として常用されている
III 族窒化物半導体発光素子を例にして従来の技術を説
明する。赤橙色帯から紫外帯の短波長光を出射する発光
ダイオード(LED)やレーザーダイオード(LD)等
のIII 族窒化物半導体発光素子にあって、井戸層或いは
発光層と称される発光の放射を担う活性層は、実用上、
n形の窒化ガリウム・インジウム(GaX In1-X N:
0≦X<1)から構成されている(特公昭55−383
4号参照)。これは、インジウム組成比(1−X)の調
整に依り、窒化ガリウム・インジウム結晶において約3
60ナノメーター(nm)から約560nmに至る近紫
外帯から短波長可視光帯に至る発光を得るに好都合な禁
止帯幅が得られるからである。
2. Description of the Related Art A gallium indium nitride crystal layer is commonly used as an active layer (light emitting layer or well layer).
The prior art will be described using a group III nitride semiconductor light emitting device as an example. Group III nitride semiconductor light emitting devices such as light emitting diodes (LEDs) and laser diodes (LDs) that emit short-wavelength light from the red-orange band to the ultraviolet band emit light called a well layer or a light-emitting layer. The active layer that carries the
n-type gallium indium nitride (Ga X In 1 -X N:
0 ≦ X <1 (JP-B-55-383)
No. 4). This depends on the adjustment of the indium composition ratio (1-X), and the gallium indium nitride crystal has about 3%.
This is because a favorable band gap for obtaining light emission from the near ultraviolet band from 60 nanometers (nm) to about 560 nm to the short wavelength visible light band can be obtained.

【0003】pn接合型のダブルヘテロ(Double
Hetero:DH)接合構造の発光部では、窒化ガ
リウム・インジウム活性層は、p形及びn形の障壁層
(クラッド層)に挟持される構成となっている(特開平
6−260283号参照)。単一量子井戸構造(SQ
W)或いは多重量子井戸構造(MQW)では、窒化ガリ
ウム・インジウム活性層は、障壁層(バリア層)に接合
させて形成されている。結晶学的な組織構成から省みれ
ば、インジウム組成を均一で単一とする窒化ガリウム・
インジウムから活性層(発光層或いは井戸層)を構成す
る従来例がある(特開平9−36430号公報明細書参
照)。
[0003] A pn junction type double heterostructure (Double)
In a light-emitting portion having a Hetero: DH) junction structure, a gallium-indium nitride active layer is sandwiched between p-type and n-type barrier layers (cladding layers) (see JP-A-6-260283). Single quantum well structure (SQ
In the case of W) or the multiple quantum well structure (MQW), the gallium-indium nitride active layer is formed by being joined to a barrier layer (barrier layer). In terms of crystallographic structure, gallium nitride with a uniform and single indium composition
There is a conventional example in which an active layer (light emitting layer or well layer) is formed from indium (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-36430).

【0004】窒化ガリウム・インジウムは従来より、有
機インジウム化合物をインジウム(In)原料とする有
機金属熱分解気相成長法(MOCVD法)により、もっ
ぱら形成されている。有機インジウム化合物には、ルイ
ス(Lewis)酸性のトリメチルインジウム((CH
33 In)が使用されるのが一般的である。特異なイ
ンジウム原料として、結合価を1価とする、Lewis
塩基性的なシクロペンタジエニルインジウム(C55
In(I))を使用する従来技術例もある(特公平8
−17160号及び特開平10−22224号公報明
細書参照)。ちなみに、窒素原料としては、Lewis
塩基性のアンモニア(NH3 )が一般的である(例え
ば、特開平2−229476号公報明細書参照)。
Conventionally, gallium indium nitride has been formed exclusively by a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method using an organic indium compound as an indium (In) raw material. Organic indium compounds include Lewis acidic trimethylindium ((CH
3 ) 3 In) is generally used. Lewis, a monovalent valent as a unique indium raw material
Basic cyclopentadienyl indium (C 5 H 5
There is also a prior art example using In (I) (Japanese Patent Publication No.
-17160 and JP-A-10-22224). By the way, as a nitrogen raw material, Lewis
Basic ammonia (NH 3 ) is generally used (for example, see JP-A-2-229476).

【0005】窒化ガリウム・インジウム活性層は、窒化
アルミニウム・ガリウム(AlGaN)から成る障壁層
に接合させて形成されるのが従来の構成例である。MO
CVD法では、窒化アルミニウム・ガリウムは一般に、
約1000℃或いはそれを越える高温で成膜される
(「光学」、第22巻第11号(1993年11月)、
670〜675頁参照)。一方、窒化ガリウム・インジ
ウム活性層は、その易昇華性に因る損失を抑制するのた
めに、通常は窒化アルミニウム・ガリウムよりも低温で
成膜されるのが通例である(特開平6−209122
号公報明細書及び特許第2751987号参照)。窒
化ガリウム・インジウム活性層は、成膜温度を500℃
から800℃とする旧来の技術例に倣い(Appl.P
hys.Lett.,59(18)(1991)、22
51〜2253頁参照)、通常は650℃から900℃
の範囲で成膜される(特許第2751987号参照)。
[0005] In a conventional configuration, the gallium indium nitride active layer is formed by bonding it to a barrier layer made of aluminum gallium nitride (AlGaN). MO
In the CVD method, aluminum gallium nitride is generally
The film is formed at a high temperature of about 1000 ° C. or higher (“Optics”, Vol. 22, No. 11, November, 1993)
670-675). On the other hand, the gallium indium nitride active layer is usually formed at a lower temperature than aluminum gallium nitride in order to suppress the loss due to its easy sublimation (JP-A-6-209122).
No. 2751987). The gallium-indium nitride active layer is formed at a temperature of 500 ° C.
To 800 ° C from the conventional technology example (Appl.
hys. Lett. , 59 (18) (1991), 22
51 to 2253), usually from 650 ° C to 900 ° C
(See Japanese Patent No. 2751987).

【0006】活性層として適する窒化ガリウム・インジ
ウム結晶層の構成について、最近の技術成果は、インジ
ウム組成を相違する領域の発生に起因する、量子箱或い
は量子ドット(dot)構造などの量子構造を内包する
構成を(特開平10−107314号公報明細書参
照)、高強度の発光が得られることからも好適としてい
る(特開平10−145000号及び特開平10−
145002号公報明細書参照)。
Recent technical achievements regarding the structure of a gallium indium nitride crystal layer suitable as an active layer include a quantum structure such as a quantum box or a quantum dot (dot) structure resulting from the generation of a region having a different indium composition. (See Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-107314) is also preferable because high-intensity light emission can be obtained (Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 10-145000 and 10-107314).
No. 145002).

【0007】インジウム濃度を相違する領域から成る窒
化ガリウム・インジウム結晶層とは、インジウム組成を
相違する複数の相(domainまたはphase)か
ら成る、所謂、多相構造の窒化ガリウム・インジウム結
晶層である(特開平10−56202号公報明細書参
照)。多相構造とは、空間的に多くの領域を占有する、
結晶層を主に構成する主体相(matrix phas
e)と、主体相内に従属的に存在し量子ドットとしての
作用が期待できる、主体相とはインジウム組成比を相違
する微結晶の体を成す従属相とからなる混合体であると
換言される。窒化ガリウム・インジウムは、元来相分離
を起こし易い材料であり(Appl.Phys.Let
t.,70(8)(1997)、981〜983頁参
照)、多相構造の窒化ガリウム・インジウムは却って成
膜が容易である利点がある。
A gallium indium nitride crystal layer composed of regions having different indium concentrations is a so-called multiphase gallium indium nitride crystal layer composed of a plurality of phases having different indium compositions (domain or phase). (See JP-A-10-56202). A polyphase structure occupies a large area in space,
The main phase (matrix phas) mainly constituting the crystal layer
In other words, e) is a mixture of a main phase and a subphase that forms a microcrystal having a different indium composition ratio, which is dependent on the main phase and can be expected to act as a quantum dot. You. Gallium indium nitride is originally a material that easily causes phase separation (Appl. Phys. Let.
t. , 70 (8) (1997), pp. 981 to 983), and gallium indium nitride having a multiphase structure has an advantage that a film can be easily formed.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】低次元(low−di
mensional)のキャリアをもたらす量子箱或い
は量子ドット等の量子構造は、窒化ガリウム・インジウ
ム結晶層の微細構造によってもたらされるものである。
例えば量子ドットは、具体的には窒化ガリウム・インジ
ウム結晶層の主体相内に存在する直径にして大凡数十オ
ングストロ−ム(Å)の微結晶体からなる(特開平10
−107314号公報明細書参照)。従って、量子ドッ
トを含む量子構造を有する窒化ガリウム・インジウム活
性層を形成するには、量子ドットとして作用するに適す
る大きさの微結晶体を都合良く発生させられる方法によ
って、活性層となる結晶層を形成する必要がある。
SUMMARY OF THE INVENTION Low-di
Quantum structures such as quantum boxes or quantum dots that provide general carriers are provided by the microstructure of the gallium indium nitride crystal layer.
For example, a quantum dot is made of a microcrystalline material having a diameter of approximately several tens angstroms (Å) existing in a main phase of a gallium indium nitride crystal layer.
-107314). Therefore, in order to form a gallium indium nitride active layer having a quantum structure including quantum dots, a crystal layer to be an active layer is formed by a method capable of conveniently generating microcrystals having a size suitable for acting as a quantum dot. Need to be formed.

【0009】しかし、従来の窒化ガリウム・インジウム
活性層の代表的な成長方法であるMOCVD法の問題点
を省みるに、結晶成長に用いる原料相互の気相結合反応
に起因して、活性層の安定成長が阻害される問題点があ
る。特に、代表的なインジウム原料である(CH33
Inと一般的な窒素原料であるアンモニアとは、気相で
容易に反応して複合体(ポリマー)を形成してしまう
(電子情報通信学会技術研究報告CPM84−122
(1984)、1〜6頁参照)。この様な分子量の大き
い高分子状の物質が形成される事態となると、量子効果
を発現するに充分に微小な結晶体を、窒化ガリウム・イ
ンジウム結晶層中に略均一な粒径をもって安定して形成
できなくなる。量子ドットとしての微結晶体のサイズ
は、レーザーダイオードにあっては閾値電圧に影響を与
えるとされ、量子ドットのサイズが不揃いではその低減
に不都合な悪影響を及ぼすとされている(「レーザー研
究」、第25巻第7号(1997年7月)、498〜5
03頁参照)。
However, the problem of the MOCVD method, which is a typical method for growing a conventional gallium-indium nitride active layer, is omitted. There is a problem that growth is hindered. In particular, a typical indium raw material (CH 3 ) 3
In and ammonia, which is a common nitrogen source, easily react in the gas phase to form a complex (polymer) (IEICE Technical Report CPM 84-122).
(1984), pp. 1-6). When such a high molecular weight high molecular substance is formed, a crystal fine enough to exhibit the quantum effect is stably formed in the gallium indium nitride crystal layer with a substantially uniform particle size. It cannot be formed. The size of the microcrystal as a quantum dot is said to affect the threshold voltage in a laser diode, and the uneven size of the quantum dots is considered to have an adverse effect on the reduction ("Laser Research"). , Vol. 25, No. 7, July 1997, 498-5
See page 03).

【0010】量子ドット等の微細構造を内包する窒化ガ
リウム・インジウム結晶層からなる活性層を安定して得
るには、微結晶体の大きさ(直径)の拡大をもたらすII
I 族及びV族構成元素の原料相互の複合体化反応を回避
できる成長技術をもって、窒化ガリウム・インジウム結
晶層を形成するのが優位であるのは勿論である。窒素原
料をルイス塩基性のアンモニアとする一般的なMOCV
D法にあって、インジウム原料を同じくルイス塩基性の
シクロペンタジエニルインジウム(C55 In
(I))とすれば、ポリマー化反応は防止できることが
既に教示されている(特公平8−17160号参照)。
しかし、多相構造の窒化ガリウム・インジウム結晶層を
効率的に得るために、インジウム原料としての上記のシ
クロペンタジエニルインジウムが備えるべき要件、例え
ば同時に添加するべき不純物の種類及びその濃度につい
ては未だ開示されるに至っていない。
In order to stably obtain an active layer composed of a gallium-indium nitride crystal layer containing a microstructure such as a quantum dot, the size (diameter) of the microcrystal must be increased.
It is a matter of course that the gallium-indium nitride crystal layer is formed by a growth technique capable of avoiding a complexing reaction between the raw materials of the group I and group V constituent elements. General MOCV using Lewis basic ammonia as nitrogen source
In the method D, the indium raw material is the same Lewis basic cyclopentadienyl indium (C 5 H 5 In
It has already been taught that if (I)), the polymerization reaction can be prevented (see Japanese Patent Publication No. 8-17160).
However, in order to efficiently obtain a gallium-indium nitride crystal layer having a multiphase structure, the requirements that the above-mentioned cyclopentadienylindium as an indium raw material should have, such as the types of impurities to be added at the same time and the concentrations thereof, are still unknown. It has not been disclosed.

【0011】本発明が課題とするところは、微結晶体を
従属相として含む多相構造の窒化ガリウム・インジウム
結晶層を、気相での複合体化反応を起こさない原料系を
もって、有機金属熱分解気相成長法(MOCVD法)に
より安定して形成するための気相成長方法を提示するこ
とにある。また、量子ドット或いは量子箱としての作用
を発揮できる構成を備えた多相構造の窒化ガリウム・イ
ンジウム結晶層からなる活性層を安定して形成する手段
を提供することにある。そして本発明の目的は、この課
題の克服をもって、例えば低次元のキャリアの存在に基
づく高輝度のIII 族窒化物半導体発光素子などの高性能
III 族窒化物半導体デバイスを製造するのに好適に用い
られる窒化ガリウム・インジウム結晶層を提供すること
にある。
It is an object of the present invention to provide a gallium-indium nitride crystal layer having a multiphase structure containing a microcrystal as a subordinate phase by using a raw material system which does not cause a complexing reaction in a gas phase and an organometallic heat treatment. An object of the present invention is to provide a vapor phase growth method for stably forming by a decomposition vapor phase growth method (MOCVD method). Another object of the present invention is to provide a means for stably forming an active layer composed of a gallium / indium nitride crystal layer having a multiphase structure and having a structure capable of exhibiting an action as a quantum dot or a quantum box. The object of the present invention is to overcome this problem and to achieve high performance of high-luminance group III nitride semiconductor light-emitting devices based on the presence of low-dimensional carriers, for example.
An object of the present invention is to provide a gallium-indium nitride crystal layer suitably used for manufacturing a group III nitride semiconductor device.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】即ち、本願の請求項1に
記載の発明は、有機金属熱分解気相成長法による窒化ガ
リウム・インジウム結晶層の気相成長方法において、基
板上に、結合価を1価とするシクロペンタジエニルイン
ジウム(C55 In(I))をインジウム原料に用
い、該インジウム原料に対して珪素(Si)元素の濃度
にして0.1〜100重量ppmの有機珪素化合物を不
純物として同時に添加しながら、有機金属熱分解気相成
長法により窒化ガリウム・インジウム(GaX In1-X
N:0≦X<1)結晶層を形成することを特徴とする窒
化ガリウム・インジウム結晶層の気相成長方法である。
That is, according to the first aspect of the present invention, in a vapor phase growth method of a gallium indium nitride crystal layer by a metalorganic thermal decomposition vapor phase growth method, a valence is formed on a substrate. the use monovalent cyclopentadienyl indium is (C 5 H 5 in (I )) to the indium source, the indium source relative to the to 0.1 ppm by weight to a concentration of silicon (Si) element organic While simultaneously adding a silicon compound as an impurity, gallium indium nitride (Ga x In 1 -x
N: 0 ≦ X <1) A vapor phase growth method of a gallium indium nitride crystal layer, characterized by forming a crystal layer.

【0013】また請求項2に記載の発明は、請求項1の
発明に加えて、前記窒化ガリウム・インジウム結晶層
が、結晶層を主に構成する主体相と、該主体相とはイン
ジウム(In)組成比を相違し主に微結晶体から成る従
属相とからなる多相構造であることを特徴とする窒化ガ
リウム・インジウム結晶層の気相成長方法である。
According to a second aspect of the present invention, in addition to the first aspect, the gallium-indium nitride crystal layer comprises a main phase mainly comprising a crystal layer, and the main phase comprises indium (In). A) a vapor phase growth method for a gallium indium nitride crystal layer, characterized in that it has a multiphase structure comprising different composition ratios and a dependent phase mainly composed of microcrystals.

【0014】また請求項3に記載の発明は、請求項1ま
たは2の発明に加えて、前記窒化ガリウム・インジウム
結晶層が、前記基板上に形成されたIII 族窒化物半導体
層上に接して形成されることを特徴とする窒化ガリウム
・インジウム結晶層の気相成長方法である。
According to a third aspect of the present invention, in addition to the first or second aspect, the gallium-indium nitride crystal layer is in contact with a group III nitride semiconductor layer formed on the substrate. A method for vapor-phase growth of a gallium-indium nitride crystal layer, which is formed.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】本発明では、有機金属熱分解気相
成長法による窒化ガリウム・インジウム結晶層の気相成
長方法において、結合価を1価とするシクロペンタジエ
ニルインジウム(C55 In(I)(CpIn))を
インジウム原料として利用する。シクロペンタジエニル
インジウムは不対電子を保有しているため、ルイス(L
ewis)塩基性を呈し、一般的な窒素原料であるアン
モニア等のルイス塩基性物質とは容易に結合しない、即
ち、気相複合体化(ポリマー化)反応を起こさないから
である。このため、ポリマー化に因る大きな分子量から
なる、量子効果をもたらすに不都合なサイズの大きな凝
集体の生成が回避でき、この様な形状の大きな凝集体の
沈積によって窒化ガリウム・インジウム結晶層の多相構
造の組織構成が乱雑となることが避けられる。換言すれ
ば、形状の大きな異物(凝集体)の存在密度が低い、結
晶性に優れる多相構造の窒化ガリウム・インジウム結晶
層の形成が可能となる効果がもたらされる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the present invention, in a vapor phase growth method of a gallium indium nitride crystal layer by a metalorganic thermal decomposition vapor phase growth method, cyclopentadienyl indium (C 5 H 5) having a monovalent valence is used. In (I) (CpIn)) is used as an indium raw material. Since cyclopentadienyl indium has unpaired electrons, Lewis (L
ewis) because it exhibits basicity and does not easily bond to Lewis basic substances such as ammonia, which is a common nitrogen source, that is, does not cause a gas phase complexation (polymerization) reaction. For this reason, it is possible to avoid the formation of large aggregates having a large molecular weight due to polymerization, which is inconvenient for providing a quantum effect, and to reduce the number of gallium indium nitride crystal layers by depositing such large aggregates. It is possible to prevent the phase structure from being disordered. In other words, there is an effect that a gallium-indium nitride crystal layer having a multi-phase structure having a low density of large foreign substances (aggregates) and excellent crystallinity can be formed.

【0016】また、不対電子の存在に依って発揮され
る、シクロペンタジエニルインジウムのアンモニアに対
する難結合性は、常圧(略大気圧)下でも発揮される。
故にシクロペンタジエニルインジウムは、常圧での有機
金属熱分解気相成長法による窒化ガリウム・インジウム
結晶層の気相成長方法においても不必要な介在反応(s
ide−reaction)を伴わないため、常圧MO
CVD法に於けるインジウム原料として有用である。易
昇華性の窒化ガリウム・インジウム結晶層を形成する場
合、常圧下で該結晶層を成長することが、昇華や熱解離
に依る結晶層の損壊を防止する上で特に優位である。従
ってシクロペンタジエニルインジウムは、良質の窒化ガ
リウム・インジウム(GaX In1-X N:0≦X<1)
結晶層を常圧MOCVD法により気相成長することが可
能なインジウム原料である。
The poor bondability of cyclopentadienylindium to ammonia, which is exhibited by the presence of unpaired electrons, is also exhibited under normal pressure (substantially atmospheric pressure).
Therefore, cyclopentadienyl indium is not required for the intervening reaction (s) even in the vapor phase growth method of the gallium indium nitride crystal layer by the metalorganic pyrolysis vapor phase growth method at normal pressure.
normal-pressure MO
It is useful as an indium raw material in the CVD method. When forming an easily sublimable gallium indium nitride crystal layer, growing the crystal layer under normal pressure is particularly advantageous in preventing the crystal layer from being damaged by sublimation or thermal dissociation. Therefore, cyclopentadienyl indium is a good quality gallium indium nitride (Ga X In 1 -X N: 0 ≦ X <1).
It is an indium raw material that allows a crystal layer to be vapor-phase grown by atmospheric pressure MOCVD.

【0017】シクロペンタジエニルインジウムの蒸気圧
は既報によって知ることができる(國谷 保雄他、19
89年秋季第50回応用物理学会学術講演会講演予稿集
第1分冊、315頁、講演番号30a−W−9参照)。
GaX In1-X N結晶層を常圧MOCVD法により形成
する際には、シクロペンタジエニルインジウムが少なく
とも0.05トール(Torr)程度の蒸気圧を発する
様に、シクロペンタジエニルインジウム原料容器を恒温
に保持するのが好ましい。昇華したシクロペンタジエニ
ルインジウムは、水素(H2 )、窒素(N2 )或いはア
ルゴン(Ar)等の随伴ガスにより、MOCVD法によ
る結晶層成長のための反応炉内に搬送される。
The vapor pressure of cyclopentadienylindium can be known from a previous report (Yasuo Kuniya, 19
Proceedings of the 50th Annual Meeting of the Japan Society of Applied Physics Academic Lecture, Autumn 1989, first volume, 315 pages, see lecture number 30a-W-9).
When forming the Ga x In 1 -xN crystal layer by the atmospheric pressure MOCVD method, the cyclopentadienyl indium raw material is so formed that the cyclopentadienyl indium emits a vapor pressure of at least about 0.05 Torr. Preferably, the container is kept at a constant temperature. The sublimated cyclopentadienyl indium is transported into a reaction furnace for growing a crystal layer by MOCVD using an accompanying gas such as hydrogen (H 2 ), nitrogen (N 2 ), or argon (Ar).

【0018】また、昇華に因るGaX In1-X N結晶層
の熱的損壊を回避しながら、MOCVD法によりGaX
In1-X N結晶層を効率良く形成するには、使用する基
板の直上部の原料ガス等が流入する部分の体積を調整で
きる機構を備えた反応炉を利用すると便利である(例え
ば、特許2828708号参照)。特に常圧MOCVD
法にあっては、上記の部分の体積が、成長する結晶層の
層厚或いはキャリア濃度等の均一性に悪影響を及ぼさな
い程度に、出来得る限り減少させられると好都合であ
る。
Further, while avoiding thermal damage of the Ga x In 1-x N crystal layer due to sublimation, Ga x
In order to efficiently form an In 1-X N crystal layer, it is convenient to use a reactor equipped with a mechanism capable of adjusting the volume of a portion where a raw material gas or the like flows directly above a substrate to be used (for example, see Patent No. 2828708). Especially atmospheric pressure MOCVD
In the method, it is advantageous that the volume of the above-mentioned portion is reduced as much as possible so as not to adversely affect the uniformity of the thickness of the growing crystal layer or the carrier concentration.

【0019】図5に、シクロペンタジエニルインジウム
の蒸気を高濃度に略一定に随伴ガス中に含有させるため
のシクロペンタジエニルインジウムの収納容器を直列に
接続した供給系と共に、基板直上部の体積の調整が可能
な機構を備えた常圧MOCVD法による結晶層成長のた
めの反応炉の概略を模式的に示す。シクロペンタジエニ
ルインジウム10を収納する第1の収納容器10aに
は、シクロペンタジエニルインジウム10の蒸気を搬送
するための随伴ガスが流入される。第1の収納容器10
aを通過し、シクロペンタジエニルインジウム10の蒸
気を含むこととなった随伴ガスは、第1の収納容器10
aの随伴ガスの出口に直列に接続された、第2の収納容
器10b内に導入される。第2の収納容器10b内を流
入された随伴ガスは、容器10b内に充満する昇華した
シクロペンタジエニルインジウムの蒸気を併せて随伴す
ることとなる。従って、この複数のインジウム原料容器
を擁する供給系では、単独の原料容器を供給源とする供
給系に比べて、結果として一定の高濃度にシクロペンタ
ジエニルインジウムの蒸気を含む随伴ガスをMOCVD
反応炉20の反応領域30に供給できる。反応領域30
では、基板23が均一性を確保するに優位なサセプター
22上に載置されている。基板23の温度は、サセプタ
ー22の下部に配置された高周波誘導コイルなどの加熱
体24により、所望する温度に加熱され、また投入する
電力量の調節をもって適度の速度で降温できる。サセプ
タ22の上方には隔壁25が設置されている。この隔壁
25は、反応炉20の頂部に設けたガス導入孔21から
供給される原料を伴った随伴ガス及びキャリアガスの反
応炉20内に於ける流路を限定するために設けられてい
る。また、基板23と隔壁25との間隔26をサセプタ
ー22の位置を上下して調整できる機構27が備えられ
ている。間隔26を縮小すれば、基板23の直上部の部
分の体積が減じられる。この体積を減ずれば、基板上方
の領域に於ける窒素原料或いはインジウム原料などの濃
度を高く保持できるため、GaX In1-X N結晶層の熱
的劣化を防止する効果が挙げられる。間隔26を適度に
短縮することにより、GaX In1-X Nの昇華に因る損
失が抑制されると共に、原料を伴った随伴ガスやキャリ
アガスの熱対流に起因する膜質の均一性の悪化が抑制で
きる利点がある。常圧MOCVD法によるGaX In
1-X N結晶層の形成では、ガス導入孔21を介して反応
炉20内に供給されるガスの総量に依存するが、総ガス
流量を約10〜15リットル/分とし、基板23の温度
を800℃から900℃とした場合、結晶層の層厚等の
均一性が確保でき、且つ然したる熱的損壊を生ぜずにG
XIn1-X N結晶層の形成がもたらされる間隔26の
範囲は、大凡5mmから15mmの範囲である。
FIG. 5 shows a supply system in which a cyclopentadienyl indium storage container for connecting the cyclopentadienyl indium vapor to the accompanying gas at a high concentration substantially uniformly in the accompanying gas is provided together with a supply system connected directly above the substrate. 1 schematically illustrates a reactor for growing a crystal layer by a normal pressure MOCVD method having a mechanism capable of adjusting a volume. The accompanying gas for transporting the vapor of the cyclopentadienyl indium 10 flows into the first storage container 10a that stores the cyclopentadienyl indium 10. First storage container 10
a, and the associated gas containing the vapor of cyclopentadienyl indium 10 is supplied to the first storage container 10
It is introduced into the second storage container 10b connected in series to the outlet of the associated gas of a. The accompanying gas that has flowed into the second storage container 10b accompanies the sublimated vapor of cyclopentadienylindium that fills the container 10b. Therefore, in the supply system having a plurality of indium source containers, as compared with a supply system using a single source container as a supply source, as a result, the accompanying gas containing cyclopentadienylindium vapor at a constant high concentration is subjected to MOCVD.
It can be supplied to the reaction zone 30 of the reactor 20. Reaction area 30
In the figure, the substrate 23 is placed on the susceptor 22 which is superior in ensuring uniformity. The temperature of the substrate 23 is heated to a desired temperature by a heating body 24 such as a high-frequency induction coil disposed below the susceptor 22, and the temperature can be lowered at an appropriate speed by adjusting the amount of electric power to be supplied. A partition 25 is provided above the susceptor 22. The partition 25 is provided to limit the flow path in the reactor 20 of the accompanying gas and the carrier gas accompanying the raw material supplied from the gas introduction hole 21 provided at the top of the reactor 20. In addition, a mechanism 27 is provided that can adjust the distance 26 between the substrate 23 and the partition wall 25 by moving the susceptor 22 up and down. If the interval 26 is reduced, the volume of the portion immediately above the substrate 23 is reduced. If this volume is reduced, the concentration of the nitrogen source or the indium source in the region above the substrate can be kept high, so that the effect of preventing thermal degradation of the Ga x In 1 -x N crystal layer can be obtained. By appropriately shortening the interval 26, the loss due to the sublimation of Ga X In 1-X N is suppressed, and the uniformity of the film quality is deteriorated due to the thermal convection of the accompanying gas accompanying the raw material and the carrier gas. There is an advantage that can be suppressed. Ga x In by atmospheric pressure MOCVD
The formation of the 1-X N crystal layer depends on the total amount of gas supplied into the reaction furnace 20 through the gas introduction holes 21. From 800 ° C. to 900 ° C., uniformity of the crystal layer thickness and the like can be ensured, and G can be obtained without causing thermal damage.
The range of the spacing 26 that results in the formation of the a X In 1-X N crystal layer is in the range of approximately 5 mm to 15 mm.

【0020】窒化ガリウム・インジウム結晶層を、結晶
層を主に構成する主体相と、該主体相とはインジウム
(In)組成比を相違し主に微結晶体から成る従属相と
からなる多相構造から構成すると、微結晶体からなる従
属相は、量子箱或いは量子ドット構造等の低次元のキャ
リアを発生させるに都合の良い量子構造を形成する。結
合価を1価とするシクロペンタジエニルインジウムをイ
ンジウム原料としアンモニアを窒素原料として用いるM
OCVD法により、上記の多相構造の窒化ガリウム・イ
ンジウム結晶層を形成するためには、該結晶層の成長温
度は、約700℃から約950℃の範囲とするのが好ま
しい。更に望ましい成長温度は、750℃以上で920
℃以下である。特に常圧MOCVD法に依る多相構造の
GaXIn1-X N結晶層の成長では、好ましい成長温度
は800℃から900℃の範囲である。
The gallium-indium nitride crystal layer is composed of a multi-phase comprising a main phase mainly constituting the crystal layer, and a sub-phase different from the main phase in indium (In) composition ratio and mainly consisting of microcrystals. When constituted by a structure, the dependent phase composed of a microcrystal forms a quantum structure that is convenient for generating low-dimensional carriers such as a quantum box or a quantum dot structure. M using cyclopentadienylindium having a monovalent valence as an indium raw material and ammonia as a nitrogen raw material
In order to form the gallium indium nitride crystal layer having a multiphase structure by the OCVD method, the growth temperature of the crystal layer is preferably in a range of about 700 ° C. to about 950 ° C. A more desirable growth temperature is above 750 ° C.
It is below ° C. Particularly, in the growth of a Ga x In 1 -xN crystal layer having a multiphase structure by the normal pressure MOCVD method, a preferable growth temperature is in a range of 800 ° C. to 900 ° C.

【0021】多相構造のGaX In1-X N結晶層を安定
して成長するには、成長温度を上記の範囲内に制御する
と共に、反応炉へ供給するシクロペンタジエニルインジ
ウムに対するアンモニア等のV族構成元素の原料の比率
を調整することも重要である。アンモニアを窒素原料と
する常圧MOCVD法により、多相構造のGaX In
1-X N結晶層を安定して形成するには、シクロペンタジ
エニルインジウムに対するアンモニアの供給比率を、モ
ル(mole)比率にして約1.5×104 以上に設定
するのが好ましい。また、MOCVD法によるGaX
1-X N結晶層の成長において、ガリウム(Ga)原料
としてはトリメチルガリウム((CH33 Ga)等の
トリアルキル(tri−alkyl)ガリウム化合物が
使用できる。MOCVD法の反応炉へ供給するシクロペ
ンタジエニルインジウム及び上記のガリウム(Ga)原
料の合計量に略比例して増加するGaX In1-X N結晶
層の成長速度は、大凡、毎秒2Å〜毎秒10Å程度とす
るのが望ましい。好ましい成長速度は約5Å/秒前後で
ある。
In order to stably grow a Ga x In 1 -x N crystal layer having a multiphase structure, the growth temperature is controlled within the above range, and ammonia or the like supplied to the reaction furnace with respect to cyclopentadienyl indium. It is also important to adjust the ratio of the raw materials of the group V constituent elements. Ga x In having a multi-phase structure by atmospheric pressure MOCVD using ammonia as a nitrogen source.
In order to stably form the 1- XN crystal layer, it is preferable that the supply ratio of ammonia to cyclopentadienyl indium is set to about 1.5 × 10 4 or more in terms of mole ratio. Ga X I by MOCVD
In growing the n 1 -xN crystal layer, a trialkyl (tri-alkyl) gallium compound such as trimethyl gallium ((CH 3 ) 3 Ga) can be used as a gallium (Ga) raw material. The growth rate of the Ga X In 1-X N crystal layer increases substantially in proportion to the total amount of cyclopentadienyl indium and the gallium (Ga) raw material supplied to the reaction furnace of the MOCVD method, approximately, every second 2Å~ It is desirable that the angle be about 10 ° per second. The preferred growth rate is around 5 ° / sec.

【0022】また、上記の多相構造のGaX In1-X
結晶層をMOCVD法により安定して成長するには、結
合価を1価とするシクロペンタジエニルインジウム(C
55 In(I))をインジウム原料に用い、有機珪素
化合物を不純物として同時に添加しながら成長するのが
好ましい。有機珪素化合物の不純物は、GaX In1-X
Nの微結晶体の発生を促す作用を有する。GaX In
1-X Nの微結晶体は、GaX In1-X N結晶層内で従属
相となる。従って、シクロペンタジエニルインジウムを
インジウム原料として用い、有機珪素化合物を不純物と
して同時に添加しながら、MOCVD法によりGaX
1-X N結晶層を形成すれば、GaX In1-X N結晶層
の主体相内での微結晶体から成る従属相の発生が促進さ
れ、効率良く多相構造の窒化ガリウム・インジウム結晶
層が構成できる利点がある。無機珪素化合物、例えばシ
ラン(SiH4 )或いはジシラン(Si26 )等の水
素(H)原子と珪素(Si)原子とが直接結合したボン
ド(bond)を多量に含む化合物、或いはハロゲン
(halogen)元素を含むハロゲン化珪素化合物
は、有機Si化合物の場合に比較すれば、微結晶体(従
属相)の生成に効果を及ぼさない。GaX In1-X N結
晶層の成長の際に同時に添加される珪素不純物が上記の
如くの無機珪素化合物或いはハロゲン化珪素化合物であ
ると、微結晶体の生成が促進されるどころか、GaX
1-X N結晶層の成長時にこれらの不純物の熱分解に伴
い脱離する水素或いはハロゲンにより、GaX In1-X
N結晶層の昇華或いはエッチングが顕著となると同時
に、表面の平滑性が損なわれるなど表面状態が悪化させ
る不都合が発生する。
The Ga x In 1 -xN having the above-mentioned multiphase structure
In order to grow a crystal layer stably by MOCVD, cyclopentadienyl indium (C
It is preferable to use 5 H 5 In (I)) as an indium raw material and grow while simultaneously adding an organic silicon compound as an impurity. The impurities of the organic silicon compound are Ga X In 1-X
It has the effect of promoting the generation of N microcrystals. Ga X In
Fine crystals of 1-X N is a Ga X In 1-X N crystal layer in the dependent phase. Therefore, while using cyclopentadienyl indium as an indium raw material and simultaneously adding an organic silicon compound as an impurity, Ga x I
The formation of the n 1-x N crystal layer promotes the generation of a sub-phase composed of microcrystals in the main phase of the Ga x In 1-x N crystal layer, so that gallium indium nitride having a multiphase structure is efficiently formed. There is an advantage that a crystal layer can be formed. Inorganic silicon compounds, for example, compounds containing a large amount of bonds in which hydrogen (H) atoms and silicon (Si) atoms such as silane (SiH 4 ) or disilane (Si 2 H 6 ) are directly bonded, or halogen (halogen) ) The silicon halide compound containing the element has no effect on the formation of microcrystals (dependent phase) as compared with the case of the organic Si compound. If the silicon impurity added simultaneously with the growth of the Ga X In 1-X N crystal layer is an inorganic silicon compound or a silicon halide compound as described above, rather than promoting the formation of microcrystals, Ga X I
Ga x In 1-x is formed by hydrogen or halogen which is desorbed due to thermal decomposition of these impurities during growth of the n 1-x N crystal layer.
The sublimation or etching of the N crystal layer becomes remarkable, and at the same time, the inconvenience of deteriorating the surface state such as impairing the surface smoothness occurs.

【0023】脂環式化合物であるシクロペンタジエニル
インジウムにあって、同時に添加するために好ましい有
機珪素化合物には、脂環式珪素化合物或いは芳香族系珪
素化合物或いは脂肪族系珪素化合物がある。例えば、シ
クロテトラメチレンジメチルシラン(組成式:C614
Si)等の脂環式珪素化合物や、メチルフェニルシラン
(組成式:C710Si)等の芳香族珪素化合物や、ま
た、ジメチルシラン(Si(CH322 )やテトラ
エチルシラン((C254 Si)などのアルキルシ
ラン(alkyl silane)類等の脂肪族珪素化
合物が挙げられる。基板上に、結合価を1価とするシク
ロペンタジエニルインジウム(C55 In(I))を
インジウム原料に用い、有機珪素化合物を不純物として
同時に添加しながら、GaX In1-X N結晶層を形成す
る場合、インジウム原料と有機珪素不純物とを独立して
成長の反応炉へ供給してもよい。あるいは、予め所定濃
度の有機珪素不純物をインジウム原料中に含有させてお
いて、成長の反応炉へ供給してもよい。予め所定濃度の
有機珪素不純物をインジウム原料中に含有させておく場
合、インジウム元素の供給と同時に有機珪素不純物も併
行して反応炉へ供給されるために、有機珪素不純物の反
応炉への供給量を別途独立して制御して供給する煩雑さ
も必要とせずに、多相構造のGaX In1-X N結晶層を
形成することが可能となる。
Among the alicyclic compounds, cyclopentadienyl indium, preferred organic silicon compounds to be added simultaneously include alicyclic silicon compounds, aromatic silicon compounds and aliphatic silicon compounds. For example, cyclotetramethylenedimethylsilane (composition formula: C 6 H 14
Si) and alicyclic silicon compounds such as, methyl phenyl silane (formula: and C 7 H 10 Si) aromatic silicon compounds such as, also, dimethylsilane (Si (CH 3) 2 H 2) and tetraethyl silane ( And aliphatic silicon compounds such as alkyl silanes such as (C 2 H 5 ) 4 Si). On a substrate, cyclopentadienyl indium (C 5 H 5 In (I)) having a monovalent valence is used as an indium raw material, and an organic silicon compound is simultaneously added as an impurity while Ga x In 1 -xN is added. In the case of forming a crystal layer, the indium raw material and the organic silicon impurity may be independently supplied to a reactor for growth. Alternatively, a predetermined concentration of organic silicon impurities may be contained in the indium raw material in advance and supplied to the reactor for growth. When a predetermined concentration of the organic silicon impurity is previously contained in the indium raw material, the supply amount of the organic silicon impurity to the reaction furnace is increased because the organic silicon impurity is supplied to the reaction furnace simultaneously with the supply of the indium element. Can be formed without the necessity of separately and separately controlling and supplying complicated Ga x In 1 -xN crystal layers.

【0024】珪素(Si)はGaX In1-X Nにとって
n形の不純物である。即ち、ドナー(donor)不純
物である。III 族窒化物半導体発光素子では、電子をマ
ジョリティキャリア(majority carrie
r)とするn形で多相構造のGaX In1-X N結晶層を
好ましく活性層として利用する関係上、有機珪素化合物
を不純物として同時に添加しながらGaX In1-X N結
晶層を成長すると、都合良く且つ安定的にn形のGaX
In1-X Nからなる活性層がもたらされる効果がある。
しかし、シクロペンタジエニルインジウムと同時に添加
される有機珪素化合物の濃度が極端に大きいと、表面状
態に劣るGaX In1-X N結晶層がもたらされる不具合
が発生する。そこで、有機珪素不純物の濃度をインジウ
ム原料に対して珪素元素の濃度にして100重量ppm
以下とすれば、表面状態の劣化を防ぐことができる。ま
た逆に、有機珪素化合物の濃度が過度に少ないと、効率
良く微結晶体(従属相)を発生させるに至らない不都合
が発生する。GaX In1-X N結晶層の主体相内の従属
相(微結晶体)の量は、最低でも約1×1012cm-3
必要である。また、活性層を構成する多相構造のGaX
In1-X N結晶層は、或る程度の導電性を有するのが好
適である。そこで、インジウム原料に対する有機珪素化
合物の濃度を、珪素元素の濃度にして0.1重量ppm
以上とすれば、キャリア濃度が約1×1016cm-3を越
えるn形の導電性を呈するGaX In1-X N結晶層を確
実に得ることができ、同時にGaX In1-X N結晶層の
主体相内に1×1012cm-3以上の密度をもって量子効
果を生ずる従属相を形成できる。すなわち、適当な数の
従属相とキャリア濃度を有する、多相構造であり且つ表
面状態に優れるGaX In1-X N結晶層を効率良く形成
するに好適な有機珪素化合物の量は、インジウム原料に
対する珪素元素の濃度にして、0.1〜100重量pp
mである。有機珪素化合物が予め不純物としてシクロペ
ンタジエニルインジウム中に含有されている場合は、シ
クロペンタジエニルインジウム中の珪素元素の重量濃度
は、例えば質量分析(MASS)法、誘導結合型プラズ
マ発光分析(ICP)法、或いはそれらを併合したIC
P−MASS法、若しくは原子吸光分光分析(AAS)
法などの微量分析法に依り定量できる。
Silicon (Si) is an n-type impurity for Ga x In 1 -xN. That is, it is a donor impurity. In the group III nitride semiconductor light emitting device, electrons are transferred to a majority carrier.
In order to preferably utilize the n -type Ga x In 1-x N crystal layer as the active layer as the active layer, the organic silicon compound is simultaneously added as an impurity to form the Ga x In 1-x N crystal layer. When grown, n-type Ga x is conveniently and stably formed.
There is an effect that an active layer made of In 1-X N is provided.
However, if the concentration of the organic silicon compound is added simultaneously with the cyclopentadienyl indium extremely large, Ga X In 1-X N crystal layer having poor surface state failure occurs caused. Therefore, the concentration of the organic silicon impurity is set to 100 wt ppm in terms of the concentration of the silicon element with respect to the indium raw material.
In the following case, the deterioration of the surface state can be prevented. On the other hand, if the concentration of the organosilicon compound is excessively low, there is a problem that a microcrystal (dependent phase) is not efficiently generated. The amount of the dependent phase (microcrystal) in the main phase of the Ga X In 1-X N crystal layer needs to be at least about 1 × 10 12 cm −3 . Also, Ga x having a multiphase structure constituting the active layer is used.
The In1 - XN crystal layer preferably has some conductivity. Therefore, the concentration of the organosilicon compound with respect to the indium raw material is set to 0.1 wt ppm as the concentration of the silicon element.
If above, it is possible to obtain the Ga X In 1-X N crystal layer exhibiting n-type conductivity carrier concentration exceeds about 1 × 10 16 cm -3 to ensure, at the same time Ga X In 1-X N A dependent phase producing a quantum effect can be formed with a density of 1 × 10 12 cm −3 or more in the main phase of the crystal layer. That is, the amount of an organosilicon compound suitable for efficiently forming a Ga x In 1-x N crystal layer having an appropriate number of dependent phases and a carrier concentration, having a multiphase structure, and having an excellent surface state is determined by using an indium raw material. 0.1 to 100 weight parts pp
m. When an organic silicon compound is contained in cyclopentadienyl indium as an impurity in advance, the weight concentration of the silicon element in cyclopentadienyl indium can be determined, for example, by mass spectrometry (MASS), inductively coupled plasma emission spectroscopy ( ICP) method, or an IC that combines them
P-MASS method or atomic absorption spectroscopy (AAS)
It can be quantified by a microanalysis method such as the method.

【0025】上記のようにして形成する多相構造の窒化
ガリウム・インジウム(GaX In1-X N:0≦X<
1)結晶層は、発光ダイオード(LED)或いはレーザ
ダイオード(LD)などのIII 族窒化物半導体発光素子
の活性層(発光層または井戸層)として好ましく利用で
きる。活性層内に量子箱或いは量子ドット構造等の低次
元のキャリアを発生させるに都合の良い量子構造が形成
されることにより、高強度の発光が得られるからであ
る。この様な多相構造の窒化ガリウム・インジウム結晶
層からなる活性層は、基板上に形成された窒化アルミニ
ウム・ガリウム等のIII 族窒化物半導体層上に接して形
成されるのが好ましい。III 族窒化物半導体層上に接し
て窒化ガリウム・インジウム結晶層が形成されると、結
晶格子の整合性の観点から、通常使われるサファイアの
ような基板上に直接形成される場合に比較して、活性層
として有利なより結晶性に優れる多相構造の窒化ガリウ
ム・インジウム結晶層が成長できるからである。また、
基板上に形成された窒化アルミニウム・ガリウム等のII
I 族窒化物半導体層上に、比較的低温で、即ち該III 族
窒化物半導体結晶層の成長温度以下の温度で多相構造の
窒化ガリウム・インジウム結晶層を形成する方法は、昇
華に因る窒化ガリウム・インジウム結晶層の揮散、分解
を抑制する上で有効であり、よって、所望のインジウム
組成比を有する窒化ガリウム・インジウム結晶層を高効
率で形成するに効果を奏するものである。
The multi-phase gallium indium nitride (Ga X In 1 -X N: 0 ≦ X <
1) The crystal layer can be preferably used as an active layer (light emitting layer or well layer) of a group III nitride semiconductor light emitting device such as a light emitting diode (LED) or a laser diode (LD). This is because high-intensity light emission can be obtained by forming a quantum structure convenient for generating low-dimensional carriers such as a quantum box or a quantum dot structure in the active layer. The active layer composed of the gallium indium nitride crystal layer having such a multiphase structure is preferably formed in contact with a group III nitride semiconductor layer such as aluminum nitride gallium formed on the substrate. When a gallium-indium nitride crystal layer is formed in contact with a group III nitride semiconductor layer, it is compared with a case where it is formed directly on a substrate such as sapphire, which is usually used, from the viewpoint of crystal lattice consistency. This is because a gallium-indium nitride crystal layer having a multiphase structure which is advantageous as an active layer and has more excellent crystallinity can be grown. Also,
II such as aluminum nitride and gallium formed on the substrate
A method of forming a gallium-indium nitride crystal layer having a multiphase structure on a group I nitride semiconductor layer at a relatively low temperature, that is, at a temperature equal to or lower than the growth temperature of the group III nitride semiconductor crystal layer, involves sublimation. This is effective in suppressing the volatilization and decomposition of the gallium indium nitride crystal layer, and is therefore effective in forming a gallium indium nitride crystal layer having a desired indium composition ratio with high efficiency.

【0026】高輝度のIII 族窒化物半導体発光素子は、
上記の方法で形成した窒化ガリウム・インジウム結晶層
からなる活性層を具備する発光素子のための半導体層構
造を有するウェハに、n形及びp形オーミック電極を敷
設するなどの然るべき一般的な加工を施して形成するこ
とができる。また、基板としてn形或いはp形の導電性
を呈する結晶を利用すれば、n形またはp形の何れかの
オーミック電極を基板の裏面側に設けることもでき、電
極を敷設するために活性層を徒に削除する必要も無くな
り利便である。
A high-luminance group III nitride semiconductor light emitting device
Appropriate general processing such as laying n-type and p-type ohmic electrodes on a wafer having a semiconductor layer structure for a light emitting device having an active layer composed of a gallium indium nitride crystal layer formed by the above method is performed. It can be formed by applying. If an n-type or p-type conductive crystal is used as the substrate, an n-type or p-type ohmic electrode can be provided on the back side of the substrate. It is no longer necessary to delete the file, which is convenient.

【0027】[0027]

【作用】基板上に、結合価を1価とするシクロペンタジ
エニルインジウム(C55 In(I))をインジウム
原料に用い、該インジウム原料に対して珪素(Si)元
素の濃度にして0.1〜100重量ppmの有機珪素化
合物を不純物として同時に添加しながら、有機金属熱分
解気相成長法により窒化ガリウム・インジウム(GaX
In1-X N:0≦X<1)結晶層を形成することによ
り、基板上に適当な数の微結晶(従属相)とキャリア濃
度を有する、多相構造であり且つ表面状態に優れる窒化
ガリウム・インジウム結晶層を効率良く形成することが
できる。窒化ガリウム・インジウム結晶層を、結晶層を
主に構成する主体相と、該主体相とはインジウム(I
n)組成比を相違し主に微結晶体から成る従属相とから
なる多相構造から構成すると、微結晶体からなる従属相
は、量子箱或いは量子ドット構造等の低次元のキャリア
を発生させるに都合の良い量子構造を形成する。上記の
ような量子構造が形成された窒化ガリウム・インジウム
結晶層からなる活性層は、高強度の発光が得られるた
め、上記のような多相構造の窒化ガリウム・インジウム
(GaX In1-X N:0≦X<1)結晶層は、発光ダイ
オード(LED)或いはレーザダイオード(LD)など
のIII 族窒化物半導体発光素子の活性層(発光層または
井戸層)として好ましく利用できる。
A cyclopentadienyl indium (C 5 H 5 In (I)) having a monovalent valence is used as an indium raw material on a substrate, and the concentration of silicon (Si) element with respect to the indium raw material is adjusted. While simultaneously adding 0.1 to 100 ppm by weight of an organic silicon compound as an impurity, gallium indium nitride (Ga x
In 1-X N: 0 ≦ X <1) By forming a crystal layer, a nitride having a multiphase structure and an excellent surface state having an appropriate number of microcrystals (dependent phases) and a carrier concentration on a substrate. A gallium / indium crystal layer can be efficiently formed. The main phase mainly constituting the crystal layer of the gallium indium nitride crystal layer, and the main phase is formed of indium (I
n) When composed of a multi-phase structure having different composition ratios and a subphase mainly composed of microcrystals, the subphases composed of microcrystals generate low-dimensional carriers such as quantum boxes or quantum dot structures. To form a convenient quantum structure. The active layer composed of the gallium indium nitride crystal layer having the above-described quantum structure can provide high-intensity light emission. Therefore, the multi-phase gallium indium nitride (Ga X In 1 -X) N: 0 ≦ X <1) The crystal layer can be preferably used as an active layer (light emitting layer or well layer) of a group III nitride semiconductor light emitting device such as a light emitting diode (LED) or a laser diode (LD).

【0028】また、窒化ガリウム・インジウム結晶層が
III 族窒化物半導体層上に接して形成されると、通常使
われるサファイアのような基板上に直接形成される場合
に比較して、窒化ガリウム・インジウム結晶層とその下
の結晶との格子定数の差が小さいため、結晶格子の整合
性の観点から、活性層として有利なより結晶性に優れる
多相構造の窒化ガリウム・インジウム結晶層が成長でき
る。
Further, the gallium-indium nitride crystal layer is
When formed on a Group III nitride semiconductor layer, the lattice constant of the gallium-indium nitride crystal layer and the underlying crystal is lower than when formed directly on a substrate such as sapphire, which is commonly used. Is small, a gallium-indium nitride crystal layer having a multiphase structure, which is advantageous as an active layer and has more excellent crystallinity, can be grown from the viewpoint of crystal lattice matching.

【0029】[0029]

【実施例】(実施例1)以下、LEDを作製する場合を
例にして本発明の内容を具体的に説明する。本実施例1
に記載のウェハから作製したLED1Aの平面構造を図
1に模式的に示す。また、図2は、図1の破線A−A’
に沿ったLED1Aの中央部の断面構造を示す模式図で
ある。このLEDのための半導体層構造を有するウェハ
の形成の際には、半導体各層は常圧(略大気圧)MOC
VD法で成長した。
EXAMPLES (Example 1) Hereinafter, the content of the present invention will be specifically described by taking an example of manufacturing an LED. Example 1
FIG. 1 schematically shows a planar structure of an LED 1A manufactured from the wafer described in FIG. FIG. 2 is a broken line AA ′ of FIG.
It is a schematic diagram which shows the cross-sectional structure of the center part of LED1A which followed. When a wafer having a semiconductor layer structure for the LED is formed, each semiconductor layer is subjected to a normal pressure (substantially atmospheric pressure) MOC.
Grown by VD method.

【0030】本実施例1で作製したウェハは、サファイ
ア(α−Al23 単結晶)を基板101として構成し
てある。サファイア基板101の(0001)表面上に
は、トリメチルガリウム((CH33 Ga)と液化ア
ンモニアを原料として、アンドープのGaNからなる緩
衝層102を堆積した。GaN緩衝層102は、成長温
度を430℃とし、また、V族原料のIII 族原料に対す
る比率を1.6×104 に設定して成長した。これよ
り、サファイア基板101との接合界面近傍の領域を単
結晶を主体とする緩衝層102が形成された。また、層
厚を約17nmとするこの緩衝層102の上部領域は、
主に非晶質領域とした。
The wafer manufactured in the first embodiment has sapphire (α-Al 2 O 3 single crystal) as the substrate 101. On the (0001) surface of the sapphire substrate 101, a buffer layer 102 made of undoped GaN was deposited using trimethylgallium ((CH 3 ) 3 Ga) and liquefied ammonia as raw materials. The GaN buffer layer 102 was grown at a growth temperature of 430 ° C. and a ratio of group V source to group III source of 1.6 × 10 4 . As a result, a buffer layer 102 mainly composed of a single crystal was formed in a region near the bonding interface with the sapphire substrate 101. The upper region of the buffer layer 102 having a layer thickness of about 17 nm
It was mainly an amorphous region.

【0031】緩衝層102上には、キャリア濃度を約3
×1017cm-3とするアンドープのGaN層をn形クラ
ッド層103の第1の構成層103aとして堆積した。
第1の構成層103aは1050℃で成長し、層厚は
0.8μmとした。
On the buffer layer 102, a carrier concentration of about 3
An undoped GaN layer of × 10 17 cm −3 was deposited as the first constituent layer 103 a of the n-type cladding layer 103.
The first constituent layer 103a was grown at 1050 ° C., and the thickness was 0.8 μm.

【0032】第1の構成層103a上には、同じく10
50℃で、n形クラッド層の第2の構成層103bとし
て、Siをドーピングした、キャリア濃度が約4×10
18cm-3のn形GaN層を積層した。このSiをドーピ
ングした第2の構成層103bの層厚は約2.5μmと
した。
On the first constituent layer 103a, 10
At 50 ° C., the second constituent layer 103b of the n-type cladding layer is doped with Si and has a carrier concentration of about 4 × 10
An n-type GaN layer of 18 cm -3 was laminated. The layer thickness of the second constituent layer 103b doped with Si was set to about 2.5 μm.

【0033】引き続いて、第2の構成層103b上に
は、1050℃で、Siのドーピングによりキャリア濃
度を約8×1019cm-3としたGaNから成る高キャリ
ア濃度層103cを堆積した。高キャリア濃度103c
の層厚は約1.5nmとした。以上の3つの層103
a、103b、103cよりn形クラッド層103を構
成した。
[0033] Then, on the second constituent layer 103b, at 1050 ° C., and depositing a high carrier concentration layer 103c made of GaN having a carrier concentration of about 8 × 10 19 cm -3 doping of Si. High carrier concentration 103c
Was about 1.5 nm. The above three layers 103
The n-type cladding layer 103 was composed of a, 103b, and 103c.

【0034】n形クラッド層103上には、890℃
で、珪素(Si)の脂環式化合物を主要な珪素不純物と
して含有するシクロペンタジエニルインジウムをインジ
ウム原料として用いて、インジウムの平均的な組成を
0.12とするGa0.88In0.12N結晶層から成るn形
活性層104を形成した。フレームレス(flame−
less)原子吸光分析法を利用して測定した結果、上
記のインジウム原料中の有機珪素化合物のの濃度は、イ
ンジウム原料に対して珪素(Si)元素の濃度にしてお
よそ23重量ppmと定量された。また、不純物の珪素
(Si)の脂環式化合物は、赤外吸収分光分析法による
測定の結果、おもにシクロテトラメチレンジメチルシラ
ンからなると考えられた。n形活性層104の成長の際
には、窒素原料には、アンモニア(NH3 )を用い、シ
クロペンタジエニルインジウムに対するNH3 の供給比
率は、3.4×104 に設定した。成長速度は、常圧M
OCVD法の反応炉へのシクロペンタジエニルインジウ
ムとガリウム(Ga)原料としたトリメチルガリウム
((CH33 Ga)の合計の供給量を調整して、約4
Å/秒とした。活性層104のキャリア濃度は約4×1
17cm-3とした。成長したGa0.88In0.12N結晶層
の主体相の層厚は約6nmであり、主体相Sの層厚がn
形活性層104の層厚と略等しくなっている。
890 ° C. on the n-type cladding layer 103
Then, using a cyclopentadienyl indium containing an alicyclic compound of silicon (Si) as a main silicon impurity as an indium raw material, a Ga 0.88 In 0.12 N crystal layer having an average composition of indium of 0.12. The n-type active layer 104 made of was formed. Frameless (frame-
Less) As a result of measurement using atomic absorption spectrometry, the concentration of the organic silicon compound in the indium raw material was determined to be approximately 23 ppm by weight in terms of the concentration of silicon (Si) element relative to the indium raw material. . The alicyclic compound of silicon (Si) as an impurity was considered to be mainly composed of cyclotetramethylenedimethylsilane as a result of measurement by infrared absorption spectroscopy. In growing the n-type active layer 104, ammonia (NH 3 ) was used as a nitrogen source, and the supply ratio of NH 3 to cyclopentadienyl indium was set to 3.4 × 10 4 . The growth rate is normal pressure M
The total supply amount of cyclopentadienyl indium and trimethylgallium ((CH 3 ) 3 Ga) as a raw material of gallium (Ga) to the reactor of the OCVD method was adjusted to about 4
Å / sec. The carrier concentration of the active layer 104 is about 4 × 1
0 17 cm -3 . The thickness of the main phase of the grown Ga 0.88 In 0.12 N crystal layer is about 6 nm, and the thickness of the main phase S is n.
The thickness is substantially equal to the thickness of the active layer 104.

【0035】n形活性層104上には、1100℃でp
形クラッド層105を形成した。このp形クラッド層1
05は、n形活性層104との接合界面でAl組成を
0.15とし、表面でAl組成を0とする様にAl組成
をp形クラッド層105内で直線的に減少させた、Mg
をドープしたp形AlX Ga1-X N結晶層(X=0.1
5→0、層厚=120nm、キャリア濃度=2×1017
cm-3)から構成した。このp形クラッド層105の成
長を終えることをもって、本実施例1のLED用のウェ
ハの形成を終了した。
On the n-type active layer 104, at 1100.degree.
A cladding layer 105 was formed. This p-type cladding layer 1
Reference numeral 05 denotes Mg in which the Al composition is reduced linearly in the p-type cladding layer 105 so that the Al composition is 0.15 at the bonding interface with the n-type active layer 104 and the Al composition is 0 at the surface.
Doped p-type Al x Ga 1 -xN crystal layer (X = 0.1
5 → 0, layer thickness = 120 nm, carrier concentration = 2 × 10 17
cm -3 ). When the growth of the p-type cladding layer 105 was completed, the formation of the LED wafer of Example 1 was completed.

【0036】上記のようにしてLEDのための半導体層
構造を有するウェハを形成した後、n形活性層104の
Ga0.88In0.12N結晶層内にほぼ均一な直径を有する
従属相を発生させるために、該ウェハを1100℃より
950℃に毎分50℃の速度で冷却した。さらに、95
0℃から650℃に10℃/分の冷却速度で20分間で
降温した。図3は、上記の冷却後のn形活性層104の
内部結晶構造を透過型電子顕微鏡(TEM)で観察した
際の断面TEM像の模式図である。n型活性層104の
Ga0.88In0.12N結晶層は、結晶層を主に構成するイ
ンジウム組成比を約0.06とするGa0.94In0.06
からなる主体相Sと、平均的な直径を約4nmとする主
に略球状の微結晶体から成る、主体相Sとはインジウム
組成比が相違した従属相Tから構成される多相構造であ
った。従属相Tの周囲には概して、約1nmの厚さの歪
層Uの存在が認められた。歪層Uの厚さは概して、従属
相Tの直径の約25%程度に画一化されていた。また、
主体相Sの内部に存在する従属相Tの密度を、断面TE
M像の撮像範囲に存在する従属相Tの平均数量を基に求
めると、約2×1016cm-3となった。
After forming a wafer having a semiconductor layer structure for an LED as described above, a subphase having a substantially uniform diameter is generated in the Ga 0.88 In 0.12 N crystal layer of the n-type active layer 104. The wafer was then cooled from 1100 ° C to 950 ° C at a rate of 50 ° C per minute. In addition, 95
The temperature was lowered from 0 ° C. to 650 ° C. at a cooling rate of 10 ° C./min for 20 minutes. FIG. 3 is a schematic view of a cross-sectional TEM image when the internal crystal structure of the n-type active layer 104 after the above cooling is observed by a transmission electron microscope (TEM). The Ga 0.88 In 0.12 N crystal layer of the n-type active layer 104 is made of Ga 0.94 In 0.06 N having an indium composition ratio of about 0.06, which mainly forms the crystal layer.
Has a multi-phase structure composed of a main phase S composed of a main phase S and a subphase T mainly composed of substantially spherical microcrystals having an average diameter of about 4 nm and having a different indium composition ratio. Was. The existence of the strain layer U having a thickness of about 1 nm was generally found around the dependent phase T. The thickness of the strained layer U was generally uniform to about 25% of the diameter of the dependent phase T. Also,
The density of the dependent phase T existing inside the main phase S is determined by the sectional TE
It was about 2 × 10 16 cm −3 when calculated based on the average number of the dependent phases T existing in the imaging range of the M image.

【0037】上記のウェハに、一般的なフォトリソグラ
フィー技術に依るパターニング技術と、アルゴン(A
r)/メタン(CH4 )/水素(H2 )混合ガスを利用
したプラズマエッチング技術などを利用して素子(チッ
プ)化のための加工を施し、一辺が約320μmの略正
方形のLED1Aを作製した。LED1Aのp形オーミ
ック電極106は、MgドープAlX Ga1-X N組成勾
配層からなるp形クラッド層105の表面に接する側を
金・亜鉛合金(Au95重量%・Zn5重量%)で構成
し、上層を金(Au)で構成した2層構造の台座電極1
06aと、Auと酸化ニッケル(NiO)の重層薄膜か
らなる透光性電極106bとから構成した。n形オーミ
ック電極107は、プラズマエッチング加工により上部
を削除して露呈させた下部クラッド層103の第2の構
成層103bに接触させて設置した。n形オーミック電
極107は、アルミニウム(Al)から構成した。
A patterning technique based on a general photolithography technique and argon (A)
r) / Processing for forming an element (chip) using a plasma etching technique using a mixed gas of methane (CH 4 ) / hydrogen (H 2 ), etc., to produce a substantially square LED 1A having a side of about 320 μm. did. The side of the p-type ohmic electrode 106 of the LED 1A which is in contact with the surface of the p-type cladding layer 105 composed of the Mg-doped Al x Ga 1 -xN composition gradient layer is made of a gold-zinc alloy (Au 95% by weight, Zn 5% by weight). Pedestal electrode 1 having a two-layer structure in which the upper layer is made of gold (Au)
06a and a translucent electrode 106b formed of a multilayer thin film of Au and nickel oxide (NiO). The n-type ohmic electrode 107 was placed in contact with the second constituent layer 103b of the lower clad layer 103 whose upper portion was removed by plasma etching and exposed. The n-type ohmic electrode 107 was made of aluminum (Al).

【0038】LED1Aのp形オーミック電極106お
よびn形オーミック電極107の間に順方向に20mA
の動作電流を流して、中心の発光波長を460nmとす
る青色発光を得た。この発光の主たる発光スペクトルに
は、付随する従属的なスペクトルの出現は認められず、
このため発光スペクトルの半値幅は約11nmと良好と
なった。また、LED1Aの発光領域は、上記のエッチ
ング加工後に残存させた平面積を約4×10-4cm-2
する活性層104の略全面に行き渡るものとなった。こ
れより、一般の積分球で測光されるLEDの発光強度
は、チップ状態で約22マイクロワット(μW)の高き
に達する優れるものとなり、高輝度のIII族窒化物半導
体発光素子が形成されることとなった。
The forward current of 20 mA is applied between the p-type ohmic electrode 106 and the n-type ohmic electrode 107 of the LED 1A.
, And blue light emission having a central emission wavelength of 460 nm was obtained. The main emission spectrum of this emission does not show the appearance of an accompanying subordinate spectrum,
Therefore, the half width of the emission spectrum was as good as about 11 nm. In addition, the light emitting region of the LED 1A spread over substantially the entire surface of the active layer 104 having a plane area of about 4 × 10 −4 cm −2 after the above-mentioned etching process. Thus, the light emission intensity of the LED measured by a general integrating sphere is as excellent as about 22 microwatts (μW) in a chip state, and a high-luminance group III nitride semiconductor light emitting device is formed. It became.

【0039】(実施例2)本実施例2では、MOCVD
法により別のLEDを作製する場合を例にして本発明の
内容を具体的に説明する。図4に本実施例2で形成した
LED2Aの断面構造を模式的に示す。まず、実施例1
と同様にして、サファイア基板101上に緩衝層102
および実施例1と同様の3つの層103a、103b、
103cよりなるn形クラッド層103を形成した。そ
の後引き続き、n形クラッド層103の上に、n形のG
aNからなる障壁層108と平均的なインジウム組成比
を0.10とするn形のGa0.90In0.10Nからなる井
戸層109とを交互に繰り返して重層し、5周期から成
る多重量子井戸(MQW)構造のn形活性層104を形
成した。
(Embodiment 2) In this embodiment 2, MOCVD
The content of the present invention will be specifically described by taking an example of manufacturing another LED by the method. FIG. 4 schematically shows a cross-sectional structure of the LED 2A formed in the second embodiment. First, Example 1
Similarly, the buffer layer 102 is formed on the sapphire substrate 101.
And three layers 103a, 103b,
An n-type cladding layer 103 of 103c was formed. Thereafter, on the n-type cladding layer 103, an n-type G
The barrier layer 108 made of aN and the well layer 109 made of n-type Ga 0.90 In 0.10 N having an average indium composition ratio of 0.10 are alternately and repeatedly stacked to form a multiple quantum well (MQW) having five periods. ) An n-type active layer 104 having a structure was formed.

【0040】障壁層108及び井戸層109は共に87
0℃で形成した。GaN障壁層108は、キャリア濃度
が約2×1018cm-3となる様にSiのドーピングをし
た、層厚を約30nmとするn形の低抵抗層から形成し
た。井戸層109は、脂環式珪素化合物あるいは芳香族
珪素化合物を主たる珪素不純物とし、該有機珪素不純物
をインジウム原料に対する珪素元素の濃度にして86重
量ppm含有するシクロペンタジエニルインジウムをイ
ンジウム原料として形成した。不純物の脂環式珪素化合
物あるいは芳香族珪素化合物は、赤外吸収分光分析法に
よる測定の結果、おもにメチルフェニルシラン類からな
ると考えられた。MOCVD法による井戸層109の成
長の際は、インジウム原料の温度は65℃の恒温に保持
した。インジウム原料に対する窒素原料としたアンモニ
アの常圧MOCVD法の反応炉への供給比率は2×10
4 に設定した。井戸層109の層厚は、5nmとした。
The barrier layer 108 and the well layer 109 are both 87
Formed at 0 ° C. The GaN barrier layer 108 was formed from an n-type low-resistance layer doped with Si so that the carrier concentration became about 2 × 10 18 cm −3 and having a thickness of about 30 nm. The well layer 109 is formed by using, as an indium raw material, cyclopentadienylindium containing an alicyclic silicon compound or an aromatic silicon compound as a main silicon impurity and containing the organic silicon impurity at a concentration of 86 wt ppm of a silicon element with respect to the indium raw material. did. The impurity alicyclic silicon compound or aromatic silicon compound was considered to consist mainly of methylphenylsilanes as a result of measurement by infrared absorption spectroscopy. During the growth of the well layer 109 by the MOCVD method, the temperature of the indium raw material was kept at a constant temperature of 65 ° C. The supply ratio of ammonia as the nitrogen source to the indium source to the reactor in the atmospheric pressure MOCVD method is 2 × 10
Set to 4 . The layer thickness of the well layer 109 was 5 nm.

【0041】MQW構造のn形活性層の終端をなす井戸
層109の上には、実施例1と同じp形クラッド層10
5を1100℃で形成した。p形クラッド層105の形
成を終了した後、作製したウェハを950℃へ毎分75
℃の速度で冷却した。更に650℃に毎分15℃の冷却
速度で降温した。この冷却操作により、活性層104を
より一層確実に多相構造となした。透過型電子顕微鏡に
よる活性層の結晶の内部構造の観察の結果、例えばMQ
W構造の終端の井戸層109では、Ga0.90In0.10
結晶層は多相構造からなっていた。また、主体相の内部
に在る略球状の微結晶体からなる従属相の直径はおよそ
3nmであり、またその密度は約4×1016cm-3と計
測された。従属相をなす微結晶体の周囲の歪層の厚さは
概して1nm程度であり、微結晶体の直径のおよそ30
%前後となっていた。
The same p-type cladding layer 10 as in the first embodiment is provided on the well layer 109 which terminates the n-type active layer having the MQW structure.
5 was formed at 1100 ° C. After the formation of the p-type cladding layer 105 is completed, the produced wafer is heated to 950 ° C. for 75 minutes per minute.
Cooled at a rate of ° C. Further, the temperature was lowered to 650 ° C. at a cooling rate of 15 ° C./min. By this cooling operation, the active layer 104 was more reliably formed into a multiphase structure. As a result of observing the internal structure of the crystal of the active layer by a transmission electron microscope, for example, MQ
In the well layer 109 at the end of the W structure, Ga 0.90 In 0.10 N
The crystal layer had a multiphase structure. In addition, the diameter of the dependent phase composed of substantially spherical microcrystals in the main phase was about 3 nm, and the density was measured to be about 4 × 10 16 cm −3 . The thickness of the strained layer around the microcrystal forming the subphase is generally about 1 nm, and is about 30 nm of the diameter of the microcrystal.
%.

【0042】上記のように作製したウェハに実施例1と
同様の加工を施し、量子井戸構造の活性層を有するLE
D2Aを作製した。該LEDの電極間に順方向に約3.
8Vの電圧を印加して20mAの順方向電流を流した際
の青色発光スペクトルは、中心発光波長が約465nm
であり、半値幅は約9nmとなった。一般の積分球方式
で測光されるチップ状態での該LEDの発光出力は26
μWとなり、高輝度のIII 族窒化物半導体発光素子が獲
得できた。
The wafer fabricated as described above is processed in the same manner as in Example 1 to obtain an LE having a quantum well structure active layer.
D2A was produced. Approximately 3. forward between the electrodes of the LED.
When a voltage of 8 V is applied and a forward current of 20 mA flows, the blue emission spectrum has a center emission wavelength of about 465 nm.
And the half width was about 9 nm. The light emission output of the LED in a chip state measured by a general integrating sphere method is 26.
μW, and a high-luminance group III nitride semiconductor light emitting device was obtained.

【0043】[0043]

【発明の効果】本発明の窒化ガリウム・インジウム結晶
層の気相成長方法によれば、量子箱或いは量子ドットと
して機能できる微結晶体を従属相として含む多相構造の
窒化ガリウム・インジウム結晶層が効率良く形成できる
ので、該層を活性層として具備するウェハからは、高輝
度のIII 族窒化物半導体発光素子がもたらされる。また
上記の説明では、本発明に係わる窒化ガリウム・インジ
ウム結晶層をIII族窒化物半導体発光素子の活性層とし
て用いる場合を例として説明したが、本発明の気相成長
方法により作製した窒化ガリウム・インジウム結晶層
は、低次元のキャリアをもたらす量子箱或いは量子ドッ
ト等の量子構造を利用する他のIII 族窒化物半導体デバ
イスを製造するのにも好適に用いることができる。
According to the vapor phase growth method of a gallium indium nitride crystal layer of the present invention, a gallium indium nitride crystal layer having a multiphase structure containing a microcrystal which can function as a quantum box or a quantum dot as a dependent phase is obtained. Since the wafer can be formed efficiently, a high-intensity Group III nitride semiconductor light emitting device can be obtained from a wafer including the layer as an active layer. In the above description, the case where the gallium indium nitride crystal layer according to the present invention is used as an active layer of a group III nitride semiconductor light emitting device has been described as an example. The indium crystal layer can be suitably used for manufacturing another group III nitride semiconductor device using a quantum structure such as a quantum box or a quantum dot that provides low-dimensional carriers.

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

【図1】本発明の実施例1に係わるLEDの平面模式図
である。
FIG. 1 is a schematic plan view of an LED according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1のA−A’に沿ったLEDの断面模式図で
ある。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the LED along AA ′ of FIG.

【図3】実施例1のn形活性層104の内部結晶構造の
断面TEM像の模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram of a cross-sectional TEM image of an internal crystal structure of an n-type active layer 104 of Example 1.

【図4】本発明の実施例2に係わるLEDの断面模式図
である。
FIG. 4 is a schematic sectional view of an LED according to a second embodiment of the present invention.

【図5】常圧MOCVD法による結晶層成長のための反
応炉の概略を示す図である。
FIG. 5 is a view schematically showing a reaction furnace for growing a crystal layer by an atmospheric pressure MOCVD method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 シクロペンタジエニルインジウム 10a シクロペンタジエニルインジウムを収納す
る第1の収納容器 10b シクロペンタジエニルインジウムを収納す
る第2の収納容器 20 MOCVD反応炉 21 ガス導入孔 22 サセプター 23 基板 24 加熱体 25 隔壁 26 隔壁と基板との間隔 27 サセプター上下機構 30 反応領域 1A、2A LED 101 基板 102 緩衝層 103 n形クラッド層 103a n形クラッド層の第1の構成層 103b n形クラッド層の第2の構成層 103c 高キャリア濃度層 104 n形活性層 105 p形クラッド層 106 p形オーミック電極 106a 台座電極 106b 透光性電極 107 n形オーミック電極 108 障壁層 109 井戸層 S 主体相 T 従属相 U 歪層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Cyclopentadienyl indium 10a 1st storage container which stores cyclopentadienyl indium 10b 2nd storage container which stores cyclopentadienyl indium 20 MOCVD reactor 21 Gas introduction hole 22 Susceptor 23 Substrate 24 Heating body 25 Partition wall 26 Distance between partition wall and substrate 27 Susceptor vertical mechanism 30 Reaction region 1A, 2A LED 101 Substrate 102 Buffer layer 103 N-type cladding layer 103a First component layer of n-type cladding layer 103b Second configuration of n-type cladding layer Layer 103c high carrier concentration layer 104 n-type active layer 105 p-type cladding layer 106 p-type ohmic electrode 106a pedestal electrode 106b translucent electrode 107 n-type ohmic electrode 108 barrier layer 109 well layer S main phase T dependent phase U strained layer

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 有機金属熱分解気相成長法による窒化ガ
リウム・インジウム結晶層の気相成長方法において、 基板上に、結合価を1価とするシクロペンタジエニルイ
ンジウム(C55 In(I))をインジウム原料に用
い、該インジウム原料に対して珪素(Si)元素の濃度
にして0.1〜100重量ppmの有機珪素化合物を不
純物として同時に添加しながら、有機金属熱分解気相成
長法により窒化ガリウム・インジウム(GaX In1-X
N:0≦X<1)結晶層を形成することを特徴とする窒
化ガリウム・インジウム結晶層の気相成長方法。
In a vapor phase growth method of a gallium indium nitride crystal layer by a metalorganic thermal decomposition vapor phase growth method, cyclopentadienyl indium (C 5 H 5 In () having a monovalent valence is formed on a substrate. I)) is used as an indium raw material, and at the same time, an organic silicon compound having a concentration of silicon (Si) element of 0.1 to 100 ppm by weight based on the indium raw material is added as an impurity while organic metal pyrolysis vapor phase growth is performed. Gallium indium nitride (Ga X In 1-X
N: 0 ≦ X <1) A vapor phase growth method for a gallium indium nitride crystal layer, comprising forming a crystal layer.
【請求項2】 前記窒化ガリウム・インジウム結晶層
が、結晶層を主に構成する主体相と、該主体相とはイン
ジウム(In)組成比を相違し主に微結晶体から成る従
属相とからなる多相構造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・インジウム結晶層の気相成長
方法。
2. The gallium-indium nitride crystal layer is composed of a main phase mainly constituting the crystal layer and a sub phase mainly composed of microcrystals having a different indium (In) composition ratio from the main phase. The method for growing a gallium indium nitride crystal layer according to claim 1, wherein the method has a multiphase structure.
【請求項3】 前記窒化ガリウム・インジウム結晶層
が、前記基板上に形成されたIII 族窒化物半導体層上に
接して形成されることを特徴とする請求項1または2に
記載の窒化ガリウム・インジウム結晶層の気相成長方
法。
3. The gallium nitride nitride film according to claim 1, wherein the gallium indium nitride crystal layer is formed in contact with a group III nitride semiconductor layer formed on the substrate. A vapor phase growth method for an indium crystal layer.
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