JP2001007395A - Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 - Google Patents
Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】シリコン基板上に、ＩＩＩ族窒化物半導体発光
素子を形成するための積層構造を明確化する。 【解決手段】シリコン基板表面に酸化珪素薄膜を形成
し、その上に含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体緩衝層及
び、ＩＩＩ族窒化物半導体層から成る発光部を設ける。
素子を形成するための積層構造を明確化する。 【解決手段】シリコン基板表面に酸化珪素薄膜を形成
し、その上に含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体緩衝層及
び、ＩＩＩ族窒化物半導体層から成る発光部を設ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】珪素（Ｓｉ）単結晶基板上
に、リン化硼素（ＢＰ）等の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体緩衝層を有する、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子
に関する。
に、リン化硼素（ＢＰ）等の含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体緩衝層を有する、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子
に関する。
【０００２】
【従来技術】従来技術に於いて、窒化アルミニウム・ガ
リウム等の一般式ＡｌaＧａbＩｎcＮqＭ1-q（０≦ａ≦
１、０≦ｂ≦１、０≦ｃ≦１、ａ＋ｂ＋ｃ＝１、Ｍは窒
素以外の第Ｖ族元素を表し、０＜ｑ≦１）で表記される
ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層は、近紫外或いは短波長可
視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）に利用されている。この場合、上・下
クラッド層と活性層（発光層または井戸層）とから構成
される発光部は、絶縁性のサファイア（Ａｌ2Ｏ3単結
晶）等の基板上に、ＩＩＩ族窒化物半導体緩衝層を介し
て形成されている（Ｍａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍ
ｐ．Ｐｒｏｃ．，Ｖｏｌ．４６８（１９７７）、４８１
〜４８６頁参照）。
リウム等の一般式ＡｌaＧａbＩｎcＮqＭ1-q（０≦ａ≦
１、０≦ｂ≦１、０≦ｃ≦１、ａ＋ｂ＋ｃ＝１、Ｍは窒
素以外の第Ｖ族元素を表し、０＜ｑ≦１）で表記される
ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層は、近紫外或いは短波長可
視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）に利用されている。この場合、上・下
クラッド層と活性層（発光層または井戸層）とから構成
される発光部は、絶縁性のサファイア（Ａｌ2Ｏ3単結
晶）等の基板上に、ＩＩＩ族窒化物半導体緩衝層を介し
て形成されている（Ｍａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍ
ｐ．Ｐｒｏｃ．，Ｖｏｌ．４６８（１９７７）、４８１
〜４８６頁参照）。
【０００３】砒化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化ガリウ
ム（ＧａＰ）或いはＳｉは、導電性を呈する半導体結晶
として知られている。これらの閃亜鉛鉱型（ダイヤモン
ド型）の結晶を基板とする積層構造体から発光素子を構
成すれば、（ａ）［０１１］結晶方向の劈開を利用して
簡便に個別素子（チップ）を作製できる、（ｂ）半導体
レーザー素子において、劈開により簡便に光共振面を形
成できる等、ウルツ鉱（ｗｕｒｔｚｉｔｅ）結晶型のサ
ファイア基板に比べて得られ難い利点がある。さらに、
導電性の半導体結晶を基板とすれば、基板の一表面に都
合良くオーミック電極が形成でき、素子の製造が簡便と
なる（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．，３３（２３）
（１９９７）、１９８６〜１９８７頁参照）。
ム（ＧａＰ）或いはＳｉは、導電性を呈する半導体結晶
として知られている。これらの閃亜鉛鉱型（ダイヤモン
ド型）の結晶を基板とする積層構造体から発光素子を構
成すれば、（ａ）［０１１］結晶方向の劈開を利用して
簡便に個別素子（チップ）を作製できる、（ｂ）半導体
レーザー素子において、劈開により簡便に光共振面を形
成できる等、ウルツ鉱（ｗｕｒｔｚｉｔｅ）結晶型のサ
ファイア基板に比べて得られ難い利点がある。さらに、
導電性の半導体結晶を基板とすれば、基板の一表面に都
合良くオーミック電極が形成でき、素子の製造が簡便と
なる（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．，３３（２３）
（１９９７）、１９８６〜１９８７頁参照）。
【０００４】Ｓｉ単結晶は、融点が１４２０℃と高く、
ＧａＡｓ（融点＝１２３８℃）等のＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体結晶に比較すれば耐熱性に優れている（寺本 巌
著、「半導体デバイス概論」（１９９５年３月３０日、
（株）培風館 初版発行）、２８頁参照）。このため、
最近では、Ｓｉ単結晶を基板とする積層構造体から短波
長発光素子を構成する技術が開示されている（Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７２（４）（１９９８）、
４１５〜４１７頁参照）。活性層は、短波長可視光を出
射する禁止帯幅を有する、窒化ガリウム・インジウム
（ＧａdＩｎ1-dＮ：０≦ｄ≦１）からもっぱら構成され
ている（特公昭５５−３８３４号参照）。発光部は、キ
ャリアの「閉じ込め」効果を発揮して、高強度の発光を
もたらすダブルヘテロ（ＤＨ）接合構造とするのが一般
的である。
ＧａＡｓ（融点＝１２３８℃）等のＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体結晶に比較すれば耐熱性に優れている（寺本 巌
著、「半導体デバイス概論」（１９９５年３月３０日、
（株）培風館 初版発行）、２８頁参照）。このため、
最近では、Ｓｉ単結晶を基板とする積層構造体から短波
長発光素子を構成する技術が開示されている（Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７２（４）（１９９８）、
４１５〜４１７頁参照）。活性層は、短波長可視光を出
射する禁止帯幅を有する、窒化ガリウム・インジウム
（ＧａdＩｎ1-dＮ：０≦ｄ≦１）からもっぱら構成され
ている（特公昭５５−３８３４号参照）。発光部は、キ
ャリアの「閉じ込め」効果を発揮して、高強度の発光を
もたらすダブルヘテロ（ＤＨ）接合構造とするのが一般
的である。
【０００５】しかし、Ｓｉ結晶と、発光部の構成要素で
ある例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）等のＩＩＩ族窒化
物半導体結晶とでは、１０％を越える大きさ格子の不整
合性が存在する。一方、リン化硼素（ＢＰ）は融点が３
０００℃とされ、高温でも変質し難く、しかも、格子定
数が４．５３８オングストロームであるため（上記の
「半導体デバイス概論」、２８頁の表２．３参照）、格
子定数を４．５１０オングストロームとするＧａＮとの
格子のミスマッチ度は０．６％程度と少ない（Ｍｅｅｔ
ｉｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ ｏｆ １９３ｒｄ．Ｓｐｒ
ｉｎｇ Ｍｅｅｔｉｎｇ（、Ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｃ
ｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ、１９９８）、５００
頁参照）。このため、Ｓｉを基板としてＩＩＩ族窒化物
半導体層からなる積層構造体を構築するには、ＢＰ結晶
から成る緩衝層を介してＩＩＩ族窒化物半導体結晶層を
積層する手段が開示されている（特開平２−２７５６８
２号公報参照）。この従来技術にあっては、ＢＰ緩衝層
は、一般的に８５０℃から１１５０℃の高温で成膜され
ている（特開平２−２８８３７１号及び特開平２−２８
８３８８号各公報参照）。
ある例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）等のＩＩＩ族窒化
物半導体結晶とでは、１０％を越える大きさ格子の不整
合性が存在する。一方、リン化硼素（ＢＰ）は融点が３
０００℃とされ、高温でも変質し難く、しかも、格子定
数が４．５３８オングストロームであるため（上記の
「半導体デバイス概論」、２８頁の表２．３参照）、格
子定数を４．５１０オングストロームとするＧａＮとの
格子のミスマッチ度は０．６％程度と少ない（Ｍｅｅｔ
ｉｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ ｏｆ １９３ｒｄ．Ｓｐｒ
ｉｎｇ Ｍｅｅｔｉｎｇ（、Ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｃ
ｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ、１９９８）、５００
頁参照）。このため、Ｓｉを基板としてＩＩＩ族窒化物
半導体層からなる積層構造体を構築するには、ＢＰ結晶
から成る緩衝層を介してＩＩＩ族窒化物半導体結晶層を
積層する手段が開示されている（特開平２−２７５６８
２号公報参照）。この従来技術にあっては、ＢＰ緩衝層
は、一般的に８５０℃から１１５０℃の高温で成膜され
ている（特開平２−２８８３７１号及び特開平２−２８
８３８８号各公報参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、Ｓｉ（格子定
数＝５．４３１オングストローム）とＢＰとの格子ミス
マッチ度は、そもそも約１６．５％と大きい（Ｊ．Ｃｒ
ｙｓｔａｌＧｒｏｗｔｈ，１３／１４（１９７２）、３
４６〜３４９頁参照）。このため、従来技術に於いて
は、Ｓｉ単結晶表面に直接、ＢＰ結晶層を高温で成長さ
せても、四角錐状のＢＰ結晶が島状に散在した不連続な
膜となり（渋澤 直哉、寺嶋 一高、「日本結晶成長学
会誌」、Ｖｏｌ．２４（Ｎｏ．２）（１９９７）、１５
０頁参照）、平坦で連続性のあるＢＰ結晶層が成膜でき
ないのが問題となっている。
数＝５．４３１オングストローム）とＢＰとの格子ミス
マッチ度は、そもそも約１６．５％と大きい（Ｊ．Ｃｒ
ｙｓｔａｌＧｒｏｗｔｈ，１３／１４（１９７２）、３
４６〜３４９頁参照）。このため、従来技術に於いて
は、Ｓｉ単結晶表面に直接、ＢＰ結晶層を高温で成長さ
せても、四角錐状のＢＰ結晶が島状に散在した不連続な
膜となり（渋澤 直哉、寺嶋 一高、「日本結晶成長学
会誌」、Ｖｏｌ．２４（Ｎｏ．２）（１９９７）、１５
０頁参照）、平坦で連続性のあるＢＰ結晶層が成膜でき
ないのが問題となっている。
【０００７】また、ＢＰ結晶層の構成元素であるＢ原子
とＰ原子はＳｉ単結晶に拡散し易いため、Ｓｉ基板上に
ＢＰ結晶層が均一に成長し難いもう一つの理由となって
いる。例えば、Ｐ原子の拡散距離は、処理条件を１００
０℃で１時間とした場合には６．５×１０-2μｍに到達
する（志村 史夫著、「半導体シリコン工学」（丸善
（株） 平成５年９月３０日発行）、３５７頁参照）。
このため、Ｓｉ単結晶基板上にＢＰ結晶層の成膜を行う
と、Ｂ原子やＰ原子は、基板の内部へと浸透してしまう
ため、基板表面上には、成膜時間の増加に応じて層厚が
増加するようにＢＰ層が成膜されない。
とＰ原子はＳｉ単結晶に拡散し易いため、Ｓｉ基板上に
ＢＰ結晶層が均一に成長し難いもう一つの理由となって
いる。例えば、Ｐ原子の拡散距離は、処理条件を１００
０℃で１時間とした場合には６．５×１０-2μｍに到達
する（志村 史夫著、「半導体シリコン工学」（丸善
（株） 平成５年９月３０日発行）、３５７頁参照）。
このため、Ｓｉ単結晶基板上にＢＰ結晶層の成膜を行う
と、Ｂ原子やＰ原子は、基板の内部へと浸透してしまう
ため、基板表面上には、成膜時間の増加に応じて層厚が
増加するようにＢＰ層が成膜されない。
【０００８】含硼素化合物による緩衝層の不連続性は、
その上層たる発光部を構成するＩＩＩ族窒化物半導体結
晶層にそのまま継続されるため、発光部は連続性に欠如
した結晶層から構成されてしまう。このようなＬＥＤで
は、その膜の不連続性のために均一なｐｎ接合界面が形
成されずに、正常な整流特性が得られないものとなる。
その上層たる発光部を構成するＩＩＩ族窒化物半導体結
晶層にそのまま継続されるため、発光部は連続性に欠如
した結晶層から構成されてしまう。このようなＬＥＤで
は、その膜の不連続性のために均一なｐｎ接合界面が形
成されずに、正常な整流特性が得られないものとなる。
【０００９】従って、良好な発光特性を有する発光素子
を得るためには、Ｓｉ単結晶基板上での緩衝層の島状成
長を防止し、且つ構成元素のＳｉ基板内部への拡散を抑
制して、連続性のある含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
から成る緩衝層を形成する必要がある。しかし、そのた
めの手段は十分に開示されていない。本発明の目的は、
Ｓｉ単結晶基板上に連続性のある、ＢＰ等の含硼素ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体から成る緩衝層を形成することに
ある。
を得るためには、Ｓｉ単結晶基板上での緩衝層の島状成
長を防止し、且つ構成元素のＳｉ基板内部への拡散を抑
制して、連続性のある含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
から成る緩衝層を形成する必要がある。しかし、そのた
めの手段は十分に開示されていない。本発明の目的は、
Ｓｉ単結晶基板上に連続性のある、ＢＰ等の含硼素ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体から成る緩衝層を形成することに
ある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の課題
を解決すべく鋭意検討した結果、本発明に到達した。即
ち、本発明は、［１］Ｓｉ単結晶基板上に、ＡｌaＧａb
ＩｎcＮqＭ1-q（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ｃ≦
１、ａ＋ｂ＋ｃ＝１、Ｍは窒素以外の第Ｖ族元素を表
し、０＜ｑ≦１）層から構成される発光部を備えたＩＩ
Ｉ族窒化物半導体発光素子に於いて、Ｓｉ単結晶基板と
発光部との間に、酸化珪素から成る障壁層及び、含硼素
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から成る緩衝層を有すること
を特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体発光素子、［２］緩
衝層が、生成温度を相違する２層を含み、生成温度の低
い方の層（第１の緩衝層とする）が障壁層側にあり、生
成温度の高い方の層（第２の緩衝層とする）が発光部側
にあることを特徴とする［１］に記載のＩＩＩ族窒化物
半導体発光素子、［３］第１の緩衝層の生成温度が、２
５０℃以上で５５０℃以下であり、第２の緩衝層の生成
温度が７００℃以上で１２００℃以下であることを特徴
とする［２］に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子、
［４］障壁層の酸化珪素が二酸化珪素であることを特徴
とする［１］〜［３］のいずれか１項に記載のＩＩＩ族
窒化物半導体発光素子、［５］障壁層の層厚が、２ｎｍ
以上で１０ｎｍ以下であることを特徴とする［１］〜
［４］のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発
光素子、に関する。
を解決すべく鋭意検討した結果、本発明に到達した。即
ち、本発明は、［１］Ｓｉ単結晶基板上に、ＡｌaＧａb
ＩｎcＮqＭ1-q（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ｃ≦
１、ａ＋ｂ＋ｃ＝１、Ｍは窒素以外の第Ｖ族元素を表
し、０＜ｑ≦１）層から構成される発光部を備えたＩＩ
Ｉ族窒化物半導体発光素子に於いて、Ｓｉ単結晶基板と
発光部との間に、酸化珪素から成る障壁層及び、含硼素
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から成る緩衝層を有すること
を特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体発光素子、［２］緩
衝層が、生成温度を相違する２層を含み、生成温度の低
い方の層（第１の緩衝層とする）が障壁層側にあり、生
成温度の高い方の層（第２の緩衝層とする）が発光部側
にあることを特徴とする［１］に記載のＩＩＩ族窒化物
半導体発光素子、［３］第１の緩衝層の生成温度が、２
５０℃以上で５５０℃以下であり、第２の緩衝層の生成
温度が７００℃以上で１２００℃以下であることを特徴
とする［２］に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子、
［４］障壁層の酸化珪素が二酸化珪素であることを特徴
とする［１］〜［３］のいずれか１項に記載のＩＩＩ族
窒化物半導体発光素子、［５］障壁層の層厚が、２ｎｍ
以上で１０ｎｍ以下であることを特徴とする［１］〜
［４］のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発
光素子、に関する。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態の特徴は、含硼
素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から成る緩衝層を酸化珪素
薄膜を介して、Ｓｉ単結晶基板上に設けたことにある。
酸化珪素薄膜とは、主に二酸化珪素（ＳｉＯ2）から成
る薄膜を指す。化学量論的に観て、酸素原子（Ｏ）数の
珪素原子（Ｓｉ）数に対する比率は２±０．０５以内で
あるのが好適である。化学量論的な組成は、エリプソメ
ータなどを利用して測定された屈折率等から決定でき
る。一酸化珪素（ＳｉＯ）はＳｉＯ2に比べれば、蒸
発、揮散し易く安定性に欠ける点がある。
素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から成る緩衝層を酸化珪素
薄膜を介して、Ｓｉ単結晶基板上に設けたことにある。
酸化珪素薄膜とは、主に二酸化珪素（ＳｉＯ2）から成
る薄膜を指す。化学量論的に観て、酸素原子（Ｏ）数の
珪素原子（Ｓｉ）数に対する比率は２±０．０５以内で
あるのが好適である。化学量論的な組成は、エリプソメ
ータなどを利用して測定された屈折率等から決定でき
る。一酸化珪素（ＳｉＯ）はＳｉＯ2に比べれば、蒸
発、揮散し易く安定性に欠ける点がある。
【００１２】また、水素（Ｈ）などの酸素以外の非金属
元素、或いは塩素（Ｃｌ）や臭素（Ｂｒ）等のハロゲン
元素を多量に含有する酸化珪素膜は、障壁層を構成する
には好ましくない。特に、水素は導電性をもたらすキャ
リアを不活性化するため好ましくなく、水素の含有量は
水酸基（ＯＨ-）の量にして約５００重量ｐｐｍ未満で
あり、好ましくは１００重量ｐｐｍ以下である。また、
ハロゲン元素の存在により酸化珪素薄膜の揮散が促進さ
れる場合があり、ハロゲン元素の総含有量は約１００重
量ｐｐｍ以下とするのが望ましい。
元素、或いは塩素（Ｃｌ）や臭素（Ｂｒ）等のハロゲン
元素を多量に含有する酸化珪素膜は、障壁層を構成する
には好ましくない。特に、水素は導電性をもたらすキャ
リアを不活性化するため好ましくなく、水素の含有量は
水酸基（ＯＨ-）の量にして約５００重量ｐｐｍ未満で
あり、好ましくは１００重量ｐｐｍ以下である。また、
ハロゲン元素の存在により酸化珪素薄膜の揮散が促進さ
れる場合があり、ハロゲン元素の総含有量は約１００重
量ｐｐｍ以下とするのが望ましい。
【００１３】酸化珪素薄膜は、通常の熱ＣＶＤ法やプラ
ズマＣＶＤ法等の成膜手段により形成出来る。Ｓｉ基板
表面に形成された自然酸化膜を本発明の酸化珪素薄膜と
して利用する手段も考慮されるが、自然酸化膜は、Ｓｉ
単結晶の表面処理条件或いは保管の経歴に依存して概し
て膜厚が一定とはならない。従って、膜厚を精密に制御
できる上記の成膜手段により、規定された膜厚の酸化珪
素薄膜を形成するのが得策である。
ズマＣＶＤ法等の成膜手段により形成出来る。Ｓｉ基板
表面に形成された自然酸化膜を本発明の酸化珪素薄膜と
して利用する手段も考慮されるが、自然酸化膜は、Ｓｉ
単結晶の表面処理条件或いは保管の経歴に依存して概し
て膜厚が一定とはならない。従って、膜厚を精密に制御
できる上記の成膜手段により、規定された膜厚の酸化珪
素薄膜を形成するのが得策である。
【００１４】不純物を故意に添加していない所謂、アン
ドープ（ｕｎｄｏｐｅ）若しくは不純物をドーピングし
た酸化珪素薄膜上に、含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
から成る緩衝層を積層することにより、本発明の実施形
態に係わる積層構造が出来る。緩衝層を構成するための
含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料の例には、単量体
のＢＰや、単量体の砒化硼素（組成式：ＢＡｓ）があ
る。砒化リン化硼素（ＢＡｓ1-XＰX：０＜Ｘ＜１）等の
多元混晶から構成しても支障はない。これらの含硼素緩
衝層は、例えば、トリアルキル（ｔｒｉ−ａｌｋｙｌ）
硼素化合物を硼素源とする一般的な有機金属熱分解気相
成長（ＭＯＣＶＤ）法、分子線エピタキシャル（ＭＢ
Ｅ）法、あるいは、三塩化硼素（ＢＣｌ3）、三塩化砒
素（ＡｓＣｌ3）及び三塩化リン（ＰＣｌ3）のハロゲン
化物を利用するハロゲン（ｈａｌｏｇｅｎ）ＶＰＥ、若
しくはハイドライド（ｈｙｄｒｉｄｅ）ＶＰＥ法等の気
相成長法等により成膜できる。
ドープ（ｕｎｄｏｐｅ）若しくは不純物をドーピングし
た酸化珪素薄膜上に、含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
から成る緩衝層を積層することにより、本発明の実施形
態に係わる積層構造が出来る。緩衝層を構成するための
含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料の例には、単量体
のＢＰや、単量体の砒化硼素（組成式：ＢＡｓ）があ
る。砒化リン化硼素（ＢＡｓ1-XＰX：０＜Ｘ＜１）等の
多元混晶から構成しても支障はない。これらの含硼素緩
衝層は、例えば、トリアルキル（ｔｒｉ−ａｌｋｙｌ）
硼素化合物を硼素源とする一般的な有機金属熱分解気相
成長（ＭＯＣＶＤ）法、分子線エピタキシャル（ＭＢ
Ｅ）法、あるいは、三塩化硼素（ＢＣｌ3）、三塩化砒
素（ＡｓＣｌ3）及び三塩化リン（ＰＣｌ3）のハロゲン
化物を利用するハロゲン（ｈａｌｏｇｅｎ）ＶＰＥ、若
しくはハイドライド（ｈｙｄｒｉｄｅ）ＶＰＥ法等の気
相成長法等により成膜できる。
【００１５】含硼素ＩＩＩ族化合物半導体緩衝層を上記
の酸化珪素膜を介在させて設ければ、緩衝層を構成する
元素がＳｉ基板の内部に殆ど浸透することもなく、成膜
時間の延長に略比例して層厚が増加する層成長がおこ
る。例えば、単量体のＢＰを主体とする緩衝層を膜厚を
約１０ｎｍとするＳｉＯ2薄膜を介在させて、１０００
℃で成膜した場合、Ｂ原子及びＰ原子のＳｉ基板への拡
散距離は、Ｓｉ単結晶基板表面に直接、ＢＰ緩衝層を堆
積する従来例に比較して約２桁程減少した。即ち、上記
の酸化珪素薄膜は、緩衝層を構成する元素がＳｉ基板の
内部へ浸透するのを抑制する障壁層として作用し、緩衝
層の成膜を正常に進行させる効果を奏する。
の酸化珪素膜を介在させて設ければ、緩衝層を構成する
元素がＳｉ基板の内部に殆ど浸透することもなく、成膜
時間の延長に略比例して層厚が増加する層成長がおこ
る。例えば、単量体のＢＰを主体とする緩衝層を膜厚を
約１０ｎｍとするＳｉＯ2薄膜を介在させて、１０００
℃で成膜した場合、Ｂ原子及びＰ原子のＳｉ基板への拡
散距離は、Ｓｉ単結晶基板表面に直接、ＢＰ緩衝層を堆
積する従来例に比較して約２桁程減少した。即ち、上記
の酸化珪素薄膜は、緩衝層を構成する元素がＳｉ基板の
内部へ浸透するのを抑制する障壁層として作用し、緩衝
層の成膜を正常に進行させる効果を奏する。
【００１６】障壁層上に設ける緩衝層を、成膜温度の相
違した含硼素ＩＩＩ族窒化物半導体の重層構造から構成
すると、連続性に優れる緩衝層を構成出来る。特に、比
較的低温で成膜した含硼素ＩＩＩ族窒化物半導体層と、
その上により高温で成膜したＩＩＩ族窒化物半導体層と
の重層構成とすると、連続性に優れるＩＩＩ族窒化物半
導体層を与える緩衝層が得られる。一例を挙げると、障
壁層表面に接合する、大凡、７００℃以下で成長させた
ＢＰを主体とする第１の緩衝層と、７００℃を越える温
度で成長させたＢＰを主体とする第２の緩衝層とを重層
した緩衝層がある。なお、第１と第２の緩衝層は、同一
の含硼素ＩＩＩ族窒化物半導体から構成する必要は必ず
しもない。
違した含硼素ＩＩＩ族窒化物半導体の重層構造から構成
すると、連続性に優れる緩衝層を構成出来る。特に、比
較的低温で成膜した含硼素ＩＩＩ族窒化物半導体層と、
その上により高温で成膜したＩＩＩ族窒化物半導体層と
の重層構成とすると、連続性に優れるＩＩＩ族窒化物半
導体層を与える緩衝層が得られる。一例を挙げると、障
壁層表面に接合する、大凡、７００℃以下で成長させた
ＢＰを主体とする第１の緩衝層と、７００℃を越える温
度で成長させたＢＰを主体とする第２の緩衝層とを重層
した緩衝層がある。なお、第１と第２の緩衝層は、同一
の含硼素ＩＩＩ族窒化物半導体から構成する必要は必ず
しもない。
【００１７】第１の緩衝層は、障壁層の全面を均一に被
覆する、非晶質を主体として構成するのが好ましい。こ
の場合、障壁層に接合させて設ける第１の緩衝層の好ま
しい成膜温度は、２５０℃以上で５５０℃以下となる。
第２の緩衝層は単結晶層を主体として構成するのが好ま
しいため、７００℃以上の温度で成膜するのが好まし
い。約１２００℃を越える高温では、例えば、第２の緩
衝層を構成する単量体ＢＰのＢ13Ｐ2多量体への変態が
顕著に生じ、平坦性が損なわれた表面が得られ不都合で
ある。
覆する、非晶質を主体として構成するのが好ましい。こ
の場合、障壁層に接合させて設ける第１の緩衝層の好ま
しい成膜温度は、２５０℃以上で５５０℃以下となる。
第２の緩衝層は単結晶層を主体として構成するのが好ま
しいため、７００℃以上の温度で成膜するのが好まし
い。約１２００℃を越える高温では、例えば、第２の緩
衝層を構成する単量体ＢＰのＢ13Ｐ2多量体への変態が
顕著に生じ、平坦性が損なわれた表面が得られ不都合で
ある。
【００１８】この際、緩衝層の表層部を、窒素を構成元
素とする含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶から構成
すると、ＩＩＩ族窒化物半導体結晶と良好な格子整合性
を有する緩衝層を構成できる。特に、窒化リン化硼素
（ＢＰ1-QＮQ：０＜Ｑ＜１）混晶は、窒素組成比（＝
Ｑ）に依って３．６１５〜４．５３８オングストローム
の格子定数（ａ）を取り得るため、立方晶（ｃｕｂｉ
ｃ）の窒化ガリウム（ａ＝４．５１０オングストロー
ム）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）（ａ＝４．３８０オ
ングストローム）及びその混晶である窒化アルミニウム
・ガリウムと格子整合する緩衝層が構成できる。また、
窒化砒化硼素（ＢＡｓ1-RＮR：０＜Ｒ＜１）の取り得る
格子定数の範囲は３．６１５〜４．７７７オングストロ
ームであるため、立方晶の窒化アルミニウム・ガリウム
混晶（ＡｌXＧａ1-XＮ：０≦Ｘ≦１）に加え、インジウ
ム組成比（＝１−Ｙ）を約０．５７以下とする立方晶の
窒化ガリウム・インジウム混晶（ＧａYＩｎ1-YＮ：０≦
Ｙ≦０．５７）についても、格子整合をさせることがで
きる。
素とする含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶から構成
すると、ＩＩＩ族窒化物半導体結晶と良好な格子整合性
を有する緩衝層を構成できる。特に、窒化リン化硼素
（ＢＰ1-QＮQ：０＜Ｑ＜１）混晶は、窒素組成比（＝
Ｑ）に依って３．６１５〜４．５３８オングストローム
の格子定数（ａ）を取り得るため、立方晶（ｃｕｂｉ
ｃ）の窒化ガリウム（ａ＝４．５１０オングストロー
ム）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）（ａ＝４．３８０オ
ングストローム）及びその混晶である窒化アルミニウム
・ガリウムと格子整合する緩衝層が構成できる。また、
窒化砒化硼素（ＢＡｓ1-RＮR：０＜Ｒ＜１）の取り得る
格子定数の範囲は３．６１５〜４．７７７オングストロ
ームであるため、立方晶の窒化アルミニウム・ガリウム
混晶（ＡｌXＧａ1-XＮ：０≦Ｘ≦１）に加え、インジウ
ム組成比（＝１−Ｙ）を約０．５７以下とする立方晶の
窒化ガリウム・インジウム混晶（ＧａYＩｎ1-YＮ：０≦
Ｙ≦０．５７）についても、格子整合をさせることがで
きる。
【００１９】緩衝層上には、ＩＩＩ族窒化物半導体結晶
層から構成される発光部を設ける。例えば、ＧａYＩｎ
1-YＮ（０≦Ｙ≦１）から成る発光層と、それを挟持す
るように配置したｎ形またはｐ形ＡｌXＧａ1-XＮ（０≦
Ｘ≦１）クラッド層から成るｐｎ接合型の発光部を設け
る。発光部を、上記の緩衝層上に設ければ、連続性があ
り、且つ結晶性に優れるＩＩＩ族窒化物半導体層が得ら
れる。発光層は、ハロゲンＶＰＥ法、ハイドライドＶＰ
Ｅ法、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法等により形成できる。こ
れらの気相成膜手段の中で、特に、ＭＯＣＶＤ法では、
ハロゲンＶＰＥ法に比べ、分解により生じたハロゲンに
より成長層が浸食されることもなく、平滑な表面が得ら
れる。
層から構成される発光部を設ける。例えば、ＧａYＩｎ
1-YＮ（０≦Ｙ≦１）から成る発光層と、それを挟持す
るように配置したｎ形またはｐ形ＡｌXＧａ1-XＮ（０≦
Ｘ≦１）クラッド層から成るｐｎ接合型の発光部を設け
る。発光部を、上記の緩衝層上に設ければ、連続性があ
り、且つ結晶性に優れるＩＩＩ族窒化物半導体層が得ら
れる。発光層は、ハロゲンＶＰＥ法、ハイドライドＶＰ
Ｅ法、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法等により形成できる。こ
れらの気相成膜手段の中で、特に、ＭＯＣＶＤ法では、
ハロゲンＶＰＥ法に比べ、分解により生じたハロゲンに
より成長層が浸食されることもなく、平滑な表面が得ら
れる。
【００２０】本発明に係わる発光素子は、オーミック電
極を形成して構成する。正・負オーミック電極の何れか
一方は、導電性のＳｉ単結晶の裏面側に敷設できる。Ｓ
ｉについてのオーミック電極材料としては、アルミニウ
ム（Ａｌ）、アルミニウム・アンチモン（Ａｌ・Ｓｂ）
合金、金（Ａｕ）などが知られている。一方のオーミッ
ク電極は、発光部を構成する上部クラッド層若しくは積
層構造体の最表層を成すコンタクト（ｃｏｎｔａｃｔ）
層上に形成出来る。
極を形成して構成する。正・負オーミック電極の何れか
一方は、導電性のＳｉ単結晶の裏面側に敷設できる。Ｓ
ｉについてのオーミック電極材料としては、アルミニウ
ム（Ａｌ）、アルミニウム・アンチモン（Ａｌ・Ｓｂ）
合金、金（Ａｕ）などが知られている。一方のオーミッ
ク電極は、発光部を構成する上部クラッド層若しくは積
層構造体の最表層を成すコンタクト（ｃｏｎｔａｃｔ）
層上に形成出来る。
【００２１】双方のオーミック電極間、即ち、導電性の
Ｓｉ単結晶基板とその上方に設ける発光部との電気的な
導通を確保するために、酸化珪素薄膜の層厚に制限を加
えるのが好ましい。酸化珪素膜の層厚は、好ましくは２
ｎｍ以上で２０ｎｍ以下とする。酸化珪素薄膜の層厚が
２０ｎｍを越えると、トンネル（ｔｕｎｎｅｌ）効果に
依り導電性を充分に確保するのが困難となる。更に、２
ｎｍ以上で１０ｎｍ以下とすれば安定してオーミック電
極間に通流することができる。一方、２ｎｍ未満と過度
に薄いと、Ｓｉ基板の全面を均一に被覆するには不充分
となる。このため、Ｓｉ基板の表面が露呈する領域が発
生し、その領域に於いて緩衝層の構成元素のＳｉ基板内
部への拡散が起こるため、含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体緩衝層の正常な成膜に支障を来すものとなる。
Ｓｉ単結晶基板とその上方に設ける発光部との電気的な
導通を確保するために、酸化珪素薄膜の層厚に制限を加
えるのが好ましい。酸化珪素膜の層厚は、好ましくは２
ｎｍ以上で２０ｎｍ以下とする。酸化珪素薄膜の層厚が
２０ｎｍを越えると、トンネル（ｔｕｎｎｅｌ）効果に
依り導電性を充分に確保するのが困難となる。更に、２
ｎｍ以上で１０ｎｍ以下とすれば安定してオーミック電
極間に通流することができる。一方、２ｎｍ未満と過度
に薄いと、Ｓｉ基板の全面を均一に被覆するには不充分
となる。このため、Ｓｉ基板の表面が露呈する領域が発
生し、その領域に於いて緩衝層の構成元素のＳｉ基板内
部への拡散が起こるため、含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体緩衝層の正常な成膜に支障を来すものとなる。
【００２２】
【実施例】（実施例１）以下、表層部に二酸化珪素層を
形成したＳｉ結晶基板上に、単量体のＢＰを主体とする
緩衝層と、その上に発光部を形成したＬＥＤを例にして
本発明を具体的に説明する。
形成したＳｉ結晶基板上に、単量体のＢＰを主体とする
緩衝層と、その上に発光部を形成したＬＥＤを例にして
本発明を具体的に説明する。
【００２３】図１は本実施例に係わるＬＥＤ１０の概略
の構成を示す断面模式図である。短波長可視ＬＥＤ１０
は、Ｓｉ単結晶を基板１０１とする積層構造体２０を母
体材料として構成されている。
の構成を示す断面模式図である。短波長可視ＬＥＤ１０
は、Ｓｉ単結晶を基板１０１とする積層構造体２０を母
体材料として構成されている。
【００２４】アンチモン（Ｓｂ）をドーピングしたｎ形
の｛００１｝−Ｓｉ基板１０１の表面には、層厚を約１
５ｎｍとする二酸化珪素薄膜１０１ａが形成されてい
る。二酸化珪素薄膜１０１ａは、モノシラン（Ｓｉ
Ｈ4）と酸素（Ｏ2）とを原料とする通常の高周波プラズ
マＣＶＤ法でＳｉ基板１０１の温度を約１００℃に保持
して形成した。一般的なエリプソメータで測定された屈
折率から酸素原子の組成比（当量比）は略２．０と求め
られた。また、赤外吸収分光分析法による吸光度から、
膜中に含まれる水酸基は、約１０重量ｐｐｍ未満であっ
た。
の｛００１｝−Ｓｉ基板１０１の表面には、層厚を約１
５ｎｍとする二酸化珪素薄膜１０１ａが形成されてい
る。二酸化珪素薄膜１０１ａは、モノシラン（Ｓｉ
Ｈ4）と酸素（Ｏ2）とを原料とする通常の高周波プラズ
マＣＶＤ法でＳｉ基板１０１の温度を約１００℃に保持
して形成した。一般的なエリプソメータで測定された屈
折率から酸素原子の組成比（当量比）は略２．０と求め
られた。また、赤外吸収分光分析法による吸光度から、
膜中に含まれる水酸基は、約１０重量ｐｐｍ未満であっ
た。
【００２５】上記のプラズマＣＶＤ装置より、ＳｉＯ2
を表面に堆積したＳｉ基板１０１を取り出した後、ハロ
ゲンＶＰＥ成長炉内にその基板１０１を載置した。基板
１０１の温度をアルゴン（Ａｒ）雰囲気内で１０３０℃
に昇温し、しばらく同温度に保持した後に、三塩化硼素
（ＢＣｌ3）／三塩化リン（ＰＣｌ3）／水素（Ｈ2）反
応系を利用して、ＳｉＯ2薄膜層１０１ａ上に、単量体
のＢＰを主体とし、層厚を３μｍとするＢＰ緩衝層１０
２を積層した。
を表面に堆積したＳｉ基板１０１を取り出した後、ハロ
ゲンＶＰＥ成長炉内にその基板１０１を載置した。基板
１０１の温度をアルゴン（Ａｒ）雰囲気内で１０３０℃
に昇温し、しばらく同温度に保持した後に、三塩化硼素
（ＢＣｌ3）／三塩化リン（ＰＣｌ3）／水素（Ｈ2）反
応系を利用して、ＳｉＯ2薄膜層１０１ａ上に、単量体
のＢＰを主体とし、層厚を３μｍとするＢＰ緩衝層１０
２を積層した。
【００２６】ｎ形のアンドープＢＰ緩衝層１０２の成膜
を終了した後、Ｓｉ基板１０１の温度を９００℃に低下
させた。緩衝層１０２の表面上には、ジメチルヒドラジ
ンを窒素源として、また、ジシラン（５体積ｐｐｍ）−
水素混合ガスをＳｉのドーピング源として、Ｓｉドープ
ｎ形窒化ガリウム層を下部クラッド層１０３として積層
した。立方晶のＧａＮを主体として成る下部クラッド層
１０３の層厚は２．５μｍとし、キャリア濃度は約３×
１０18ｃｍ-3とした。下部クラッド層１０３上には、平
均的なインジウム組成比を約０．１とする、インジウム
組成比（濃度）を相違する複数の相（ｐｈａｓｅ）から
成る多相構造のｎ形の窒化ガリウム・インジウム混晶層
（Ｇａ0.9Ｉｎ0.1Ｎ）から成る発光層１０４を積層し
た。発光層１０４上には、アルミニウム組成比を０．１
８から表面に向けて０と勾配させた、マグネシウム（Ｍ
ｇ）ドープｐ形窒化アルミニウム・ガリウム混晶（Ａｌ
XＧａ1-XＮ：Ｘ＝０．１８〜０）から成る上部クラッド
層１０５を積層させた。以上の、ｎ形並びにｐ形クラッ
ド層１０３及び発光層１０４からｐｎ接合型のダブルヘ
テロ（ＤＨ）構造の発光部１０６を構成した。
を終了した後、Ｓｉ基板１０１の温度を９００℃に低下
させた。緩衝層１０２の表面上には、ジメチルヒドラジ
ンを窒素源として、また、ジシラン（５体積ｐｐｍ）−
水素混合ガスをＳｉのドーピング源として、Ｓｉドープ
ｎ形窒化ガリウム層を下部クラッド層１０３として積層
した。立方晶のＧａＮを主体として成る下部クラッド層
１０３の層厚は２．５μｍとし、キャリア濃度は約３×
１０18ｃｍ-3とした。下部クラッド層１０３上には、平
均的なインジウム組成比を約０．１とする、インジウム
組成比（濃度）を相違する複数の相（ｐｈａｓｅ）から
成る多相構造のｎ形の窒化ガリウム・インジウム混晶層
（Ｇａ0.9Ｉｎ0.1Ｎ）から成る発光層１０４を積層し
た。発光層１０４上には、アルミニウム組成比を０．１
８から表面に向けて０と勾配させた、マグネシウム（Ｍ
ｇ）ドープｐ形窒化アルミニウム・ガリウム混晶（Ａｌ
XＧａ1-XＮ：Ｘ＝０．１８〜０）から成る上部クラッド
層１０５を積層させた。以上の、ｎ形並びにｐ形クラッ
ド層１０３及び発光層１０４からｐｎ接合型のダブルヘ
テロ（ＤＨ）構造の発光部１０６を構成した。
【００２７】透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）を利用した断面
ＴＥＭ法に依る構造解析に依れば、Ｓｉ基板１０１の表
層部に於いて、結晶格子の配列が乱雑に変化している領
域は認められなかった。また、ＳＩＭＳ分析に依れば、
Ｓｉ基板１０１の表面から約０．１μｍの深さに至る表
面近傍の領域には、誤差関数で近似される曲線状の濃度
分布をもってＢ原子及びＰ原子が存在するのが認められ
たが、それらの原子の濃度は最大でも約１×１０18ｃｍ
-3に止まるものとなった。
ＴＥＭ法に依る構造解析に依れば、Ｓｉ基板１０１の表
層部に於いて、結晶格子の配列が乱雑に変化している領
域は認められなかった。また、ＳＩＭＳ分析に依れば、
Ｓｉ基板１０１の表面から約０．１μｍの深さに至る表
面近傍の領域には、誤差関数で近似される曲線状の濃度
分布をもってＢ原子及びＰ原子が存在するのが認められ
たが、それらの原子の濃度は最大でも約１×１０18ｃｍ
-3に止まるものとなった。
【００２８】ｎ形Ｓｉ基板１０１の裏面側には、アルミ
ニウム・アンチモン（Ａｌ・Ｓｂ）合金から成るｎ形オ
ーミック電極１０７を配置し、上部クラッド層１０５上
には金（Ａｕ）から成るｐ形オーミック電極１０８を形
成した。スクライブ法を利用して［１１０］結晶方位に
沿って劈開して個別のチップとし、ＩＩＩ族窒化物半導
体ＬＥＤ１０を構成した。双方のオーミック電極１０
７、１０８間の電流−電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）は正常な
ｐｎ接合構成に基づく良好な整流特性となった。順方向
電圧は約３．２Ｖ（＠２０ｍＡ）で、逆方向電圧は２０
Ｖ（＠１０μＡ）を越えるものとなった。順方向に２０
ミリアンペア（ｍＡ）の動作電流を流して、ＬＥＤ１０
を発光させた。ＬＥＤ１０からは、発光中心波長を約４
４０ｎｍとし、半値幅を約２８ｎｍとするスペクトルを
有する青色光が出射された。一般的な積分球を利用して
測定されるチップ（ｃｈｉｐ）状態での発光強度は約１
３マイクロワット（μＷ）となり、高強度のＩＩＩ族窒
化物半導体発光素子が提供された。
ニウム・アンチモン（Ａｌ・Ｓｂ）合金から成るｎ形オ
ーミック電極１０７を配置し、上部クラッド層１０５上
には金（Ａｕ）から成るｐ形オーミック電極１０８を形
成した。スクライブ法を利用して［１１０］結晶方位に
沿って劈開して個別のチップとし、ＩＩＩ族窒化物半導
体ＬＥＤ１０を構成した。双方のオーミック電極１０
７、１０８間の電流−電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）は正常な
ｐｎ接合構成に基づく良好な整流特性となった。順方向
電圧は約３．２Ｖ（＠２０ｍＡ）で、逆方向電圧は２０
Ｖ（＠１０μＡ）を越えるものとなった。順方向に２０
ミリアンペア（ｍＡ）の動作電流を流して、ＬＥＤ１０
を発光させた。ＬＥＤ１０からは、発光中心波長を約４
４０ｎｍとし、半値幅を約２８ｎｍとするスペクトルを
有する青色光が出射された。一般的な積分球を利用して
測定されるチップ（ｃｈｉｐ）状態での発光強度は約１
３マイクロワット（μＷ）となり、高強度のＩＩＩ族窒
化物半導体発光素子が提供された。
【００２９】（実施例２）ＭＯＣＶＤ法で形成したＢＡ
ｓ緩衝層を備えた積層構造体４０から図２に示すＬＥＤ
３０を構成する場合を例にして、本発明の内容を具体的
に説明する。
ｓ緩衝層を備えた積層構造体４０から図２に示すＬＥＤ
３０を構成する場合を例にして、本発明の内容を具体的
に説明する。
【００３０】本実施例では、Ｐドープｎ形｛１１１｝−
Ｓｉ単結晶を基板２０１とした。基板２０１の表層部に
は、層厚を約９ｎｍとするＳｉＯ2薄膜２０１ａが配置
されている。ＳｉＯ2薄膜２０１ａは、実施例１と同じ
くプラズマＣＶＤ法により形成したものであって、膜中
の水素の原子濃度は通常のＳＩＭＳ（２次イオン質量分
析法）に依って約８×１０17ｃｍ-3と定量された。
Ｓｉ単結晶を基板２０１とした。基板２０１の表層部に
は、層厚を約９ｎｍとするＳｉＯ2薄膜２０１ａが配置
されている。ＳｉＯ2薄膜２０１ａは、実施例１と同じ
くプラズマＣＶＤ法により形成したものであって、膜中
の水素の原子濃度は通常のＳＩＭＳ（２次イオン質量分
析法）に依って約８×１０17ｃｍ-3と定量された。
【００３１】ＳｉＯ2薄膜２０１ａ表面上には、ジボラ
ン（Ｂ2Ｈ6）／アルシン（ＡｓＨ3）／水素（Ｈ2）系Ｍ
ＯＣＶＤ法に依り４５０℃で、Ｖ／ＩＩＩ比（＝ＡｓＨ
3／Ｂ 2Ｈ6供給比率）を約６０に設定して単量体のＢＡ
ｓを主体とするｎ形の第１の緩衝層（層厚＝２０ｎｍ）
２０２ａを成膜した。Ｓｉ基板２０１の温度を８８０℃
に昇温して、上記のＭＯＣＶＤ反応系を利用して、層厚
を約２μｍとするＳｉドープｎ形ＢＡｓ結晶からなる第
２の緩衝層２０２ｂを第１の緩衝層２０２ａ上に積層し
た。次に、アンモニア（ＮＨ3）−アルシン混合雰囲気
中に於いて、８８０℃で３０分間保持して窒素含浸処理
を施し、第２の緩衝層２０２ｂの表層部を窒素組成比を
０．７７とする窒化砒化硼素（ＢＡｓ0.23Ｎ0.77）層２
０２ｃに変換した。ＢＡｓ0.23Ｎ0.77層２０２ｃの層厚
は約１．５μｍとなった。比較的に低温で成膜した第１
の緩衝層２０２ａを下地層として配置する構成としたた
め、第２の緩衝層２０２ｂ及びｎ形ＢＡｓ0.23Ｎ0.77層
２０２ｃは、何れも連続性、平坦性に優れる結晶層とな
った。
ン（Ｂ2Ｈ6）／アルシン（ＡｓＨ3）／水素（Ｈ2）系Ｍ
ＯＣＶＤ法に依り４５０℃で、Ｖ／ＩＩＩ比（＝ＡｓＨ
3／Ｂ 2Ｈ6供給比率）を約６０に設定して単量体のＢＡ
ｓを主体とするｎ形の第１の緩衝層（層厚＝２０ｎｍ）
２０２ａを成膜した。Ｓｉ基板２０１の温度を８８０℃
に昇温して、上記のＭＯＣＶＤ反応系を利用して、層厚
を約２μｍとするＳｉドープｎ形ＢＡｓ結晶からなる第
２の緩衝層２０２ｂを第１の緩衝層２０２ａ上に積層し
た。次に、アンモニア（ＮＨ3）−アルシン混合雰囲気
中に於いて、８８０℃で３０分間保持して窒素含浸処理
を施し、第２の緩衝層２０２ｂの表層部を窒素組成比を
０．７７とする窒化砒化硼素（ＢＡｓ0.23Ｎ0.77）層２
０２ｃに変換した。ＢＡｓ0.23Ｎ0.77層２０２ｃの層厚
は約１．５μｍとなった。比較的に低温で成膜した第１
の緩衝層２０２ａを下地層として配置する構成としたた
め、第２の緩衝層２０２ｂ及びｎ形ＢＡｓ0.23Ｎ0.77層
２０２ｃは、何れも連続性、平坦性に優れる結晶層とな
った。
【００３２】第２の緩衝層２０２上には、その最表層を
構成するＢＡｓ0.23Ｎ0.77層２０２ｃの格子定数が、立
方晶のＧａＮの｛１００｝面の面間隔或いは六方晶Ｇａ
Ｎのａ軸の格子定数に合致する面間隔を保有することを
勘案して、ＳｉドープＧａＮ（層厚＝２．５μｍ、キャ
リア濃度＝４×１０18ｃｍ-3）から成る下部クラッド層
２０３を積層した。下部クラッド層２０３を構成するＧ
ａＮ層は、格子の整合性に優れるＢＡｓ0.23Ｎ0.77層２
０２ｃ上に積層されているため、格子のミスフィット
（ｍｉｓｆｉｔ）に起因する転位の少ない、良好な結晶
性を有することが断面ＴＥＭ法により観察された。下部
クラッド層２０３上には、アンドープでｎ形の窒化ガリ
ウム・インジウム（Ｇａ0.9Ｉｎ0.1Ｎ）から成る層厚が
約６ｎｍの井戸層２０４ａと、アンドープでｎ形の窒化
ガリウムから成る層厚が約２５ｎｍの障壁層２０４ｂと
を重層させた積層系を２周期分積層させた後、井戸層２
０４ａを重層させて多重量子井戸構造から成る発光層２
０４を構成した。
構成するＢＡｓ0.23Ｎ0.77層２０２ｃの格子定数が、立
方晶のＧａＮの｛１００｝面の面間隔或いは六方晶Ｇａ
Ｎのａ軸の格子定数に合致する面間隔を保有することを
勘案して、ＳｉドープＧａＮ（層厚＝２．５μｍ、キャ
リア濃度＝４×１０18ｃｍ-3）から成る下部クラッド層
２０３を積層した。下部クラッド層２０３を構成するＧ
ａＮ層は、格子の整合性に優れるＢＡｓ0.23Ｎ0.77層２
０２ｃ上に積層されているため、格子のミスフィット
（ｍｉｓｆｉｔ）に起因する転位の少ない、良好な結晶
性を有することが断面ＴＥＭ法により観察された。下部
クラッド層２０３上には、アンドープでｎ形の窒化ガリ
ウム・インジウム（Ｇａ0.9Ｉｎ0.1Ｎ）から成る層厚が
約６ｎｍの井戸層２０４ａと、アンドープでｎ形の窒化
ガリウムから成る層厚が約２５ｎｍの障壁層２０４ｂと
を重層させた積層系を２周期分積層させた後、井戸層２
０４ａを重層させて多重量子井戸構造から成る発光層２
０４を構成した。
【００３３】発光層２０４上には、層厚を約３０ｎｍと
するアンドープのＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層を上部クラッド
層２０５として積層した。上・下クラッド層２０３、２
０５及び発光層２０４からｐｎ接合型のＤＨ構造の発光
部２０６を構成した。上部クラッド層２０５上には、ア
ルミニウム組成比（＝Ｘ）を０．２０から０に減じたＭ
ｇドープのｐ形ＡｌXＧａ1-XＮ組成勾配層（Ｘ＝０．２
０〜０）２０９を積層して、ＬＥＤ用途の積層構造体４
０を形成した。ｐ形ＡｌXＧａ1-XＮ層（Ｘ＝０．２０〜
０）２０９の層厚は約０．１μｍとし、表面近傍でのキ
ャリア濃度は約６×１０17ｃｍ-3とした。
するアンドープのＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層を上部クラッド
層２０５として積層した。上・下クラッド層２０３、２
０５及び発光層２０４からｐｎ接合型のＤＨ構造の発光
部２０６を構成した。上部クラッド層２０５上には、ア
ルミニウム組成比（＝Ｘ）を０．２０から０に減じたＭ
ｇドープのｐ形ＡｌXＧａ1-XＮ組成勾配層（Ｘ＝０．２
０〜０）２０９を積層して、ＬＥＤ用途の積層構造体４
０を形成した。ｐ形ＡｌXＧａ1-XＮ層（Ｘ＝０．２０〜
０）２０９の層厚は約０．１μｍとし、表面近傍でのキ
ャリア濃度は約６×１０17ｃｍ-3とした。
【００３４】Ｓｉ基板２０１の裏面側及び積層構造体４
０の表面にオーミック電極２０７、２０８を形成してＬ
ＥＤ３０を構成した。良好なｐｎ接合特性に基づく正常
な整流特性が顕現されたのに加え、順方向に約３．０Ｖ
の電圧を印可し、２０ｍＡの電流を通流した際に、この
ＬＥＤからは、中心波長を約４７５ｎｍとする青色光が
発せられた。発光スペクトルの半値幅は約１８ｎｍであ
った。また、一般的な積分球を使用して測定される発光
強度は約１６μＷであり、高強度のＩＩＩ族窒化物半導
体発光素子が提供された。
０の表面にオーミック電極２０７、２０８を形成してＬ
ＥＤ３０を構成した。良好なｐｎ接合特性に基づく正常
な整流特性が顕現されたのに加え、順方向に約３．０Ｖ
の電圧を印可し、２０ｍＡの電流を通流した際に、この
ＬＥＤからは、中心波長を約４７５ｎｍとする青色光が
発せられた。発光スペクトルの半値幅は約１８ｎｍであ
った。また、一般的な積分球を使用して測定される発光
強度は約１６μＷであり、高強度のＩＩＩ族窒化物半導
体発光素子が提供された。
【００３５】
【発明の効果】本発明に依れば、良好なｐｎ接合特性に
基づく整流性と低い順方向電圧を具備した、高発光強度
のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子が提供できる。
基づく整流性と低い順方向電圧を具備した、高発光強度
のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子が提供できる。
【図１】実施例１に記載の本発明のＩＩＩ族窒化物半導
体光素子の一例を示す断面図である。
体光素子の一例を示す断面図である。
【図２】実施例２に記載の本発明のＩＩＩ族窒化物半導
体光素子の一例を示す断面図である。
体光素子の一例を示す断面図である。
１０ 発光素子 ２０ 積層構造体 ３０ 発光素子 ４０ 積層構造体 １０１ Ｓｉ単結晶基板 １０１ａ 酸化珪素薄膜障壁層 １０２ 含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体緩衝層 １０３ 下部クラッド層 １０４ 発光層 １０５ 上部クラッド層 １０６ 発光部 １０７ ｎ形オーミック電極 １０８ ｐ形オーミック電極 ２０１ Ｓｉ単結晶基板 ２０１ａ 酸化珪素薄膜障壁層 ２０２ 含硼素ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体緩衝層 ２０２ａ 緩衝層構成層 ２０２ｂ 緩衝層構成層 ２０２ｃ 緩衝層構成層 ２０３ 下部クラッド層 ２０４ 発光層 ２０４ａ 井戸層 ２０４ｂ 障壁層 ２０５ 上部クラッド層 ２０６ 発光部 ２０７ ｎ形オーミック電極 ２０８ ｐ形オーミック電極 ２０９ ＡｌＧａＮ組成勾配層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F041 AA04 CA04 CA05 CA33 CA34 CA40 CA46 CA49 CA57 CA65 CA76 CA83 CA87 5F045 AA04 AA06 AA08 AB09 AB32 AB39 AC01 AC02 AC11 AD12 AF01 BB12 CA10 DA53 DA55 5F073 CA07 CB04 CB07 EA29
Claims (5)
- 【請求項１】Ｓｉ単結晶基板上に、ＡｌaＧａbＩｎcＮq
Ｍ1-q（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ｃ≦１、ａ＋ｂ
＋ｃ＝１、Ｍは窒素以外の第Ｖ族元素を表し、０＜ｑ≦
１）層から構成される発光部を備えたＩＩＩ族窒化物半
導体発光素子に於いて、Ｓｉ単結晶基板と発光部との間
に、酸化珪素から成る障壁層及び、含硼素ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体から成る緩衝層を有することを特徴とする
ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。 - 【請求項２】緩衝層が、生成温度を相違する２層を含
み、生成温度の低い方の層（第１の緩衝層とする）が障
壁層側にあり、生成温度の高い方の層（第２の緩衝層と
する）が発光部側にあることを特徴とする請求項１に記
載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。 - 【請求項３】第１の緩衝層の生成温度が、２５０℃以上
で５５０℃以下であり、第２の緩衝層の生成温度が７０
０℃以上で１２００℃以下であることを特徴とする請求
項２に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。 - 【請求項４】障壁層の酸化珪素が二酸化珪素であること
を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のＩＩ
Ｉ族窒化物半導体発光素子。 - 【請求項５】障壁層の層厚が、２ｎｍ以上で１０ｎｍ以
下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項
に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17348899A JP4329165B2 (ja) | 1999-06-21 | 1999-06-21 | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17348899A JP4329165B2 (ja) | 1999-06-21 | 1999-06-21 | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001007395A true JP2001007395A (ja) | 2001-01-12 |
| JP4329165B2 JP4329165B2 (ja) | 2009-09-09 |
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ID=15961446
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17348899A Expired - Fee Related JP4329165B2 (ja) | 1999-06-21 | 1999-06-21 | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4329165B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6794685B2 (en) | 2001-09-07 | 2004-09-21 | Sharp Kabushiki Kaisha | Nitride semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof |
| JP2008159806A (ja) * | 2006-12-22 | 2008-07-10 | Sharp Corp | 半導体発光装置およびその製造方法 |
| CN101546798B (zh) * | 2008-03-26 | 2011-06-22 | 晶元光电股份有限公司 | 半导体元件 |
| US8076694B2 (en) | 2005-05-02 | 2011-12-13 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor element having a silicon substrate and a current passing region |
| KR101119019B1 (ko) * | 2004-12-14 | 2012-03-12 | 주식회사 엘지실트론 | 질화갈륨 반도체 및 이의 제조 방법 |
-
1999
- 1999-06-21 JP JP17348899A patent/JP4329165B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| US7063995B2 (en) | 2001-09-07 | 2006-06-20 | Sharp Kabushiki Kaisha | Nitride semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof |
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| US8076694B2 (en) | 2005-05-02 | 2011-12-13 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor element having a silicon substrate and a current passing region |
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| CN101546798B (zh) * | 2008-03-26 | 2011-06-22 | 晶元光电股份有限公司 | 半导体元件 |
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| JP4329165B2 (ja) | 2009-09-09 |
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