JP2001230500A - ＧａＮ／ＡｌＧａＮまたはＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ量子井戸構造の形成方法 - Google Patents
ＧａＮ／ＡｌＧａＮまたはＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ量子井戸構造の形成方法Info
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- JP2001230500A JP2001230500A JP2000039811A JP2000039811A JP2001230500A JP 2001230500 A JP2001230500 A JP 2001230500A JP 2000039811 A JP2000039811 A JP 2000039811A JP 2000039811 A JP2000039811 A JP 2000039811A JP 2001230500 A JP2001230500 A JP 2001230500A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＧａＮ／ＡｌＧａＮまたはＡｌＧａＮ／Ａｌ
ＧａＮ系量子井戸構造の場合、室温での発光効率が極め
て悪く、その効率を改善させることが必要であった。 【解決手段】 ＧａＮ／ＡｌＧａＮまたはＡｌＧａＮ／
ＡｌＧａＮ量子井戸構造の井戸層の結晶成長において、
キャリアガスとして窒素を使用すること、および／また
はＩｎを含む物質を同時供給することにより井戸層に圧
縮性歪みを付与することにより、量子井戸構造の歪みの
大きさおよび／または符号を制御する。これにより、井
戸層の厚さをコントロールすることなく、量子井戸構造
の結晶性、対称性、光学特性を大幅に改善することがで
きる。
ＧａＮ系量子井戸構造の場合、室温での発光効率が極め
て悪く、その効率を改善させることが必要であった。 【解決手段】 ＧａＮ／ＡｌＧａＮまたはＡｌＧａＮ／
ＡｌＧａＮ量子井戸構造の井戸層の結晶成長において、
キャリアガスとして窒素を使用すること、および／また
はＩｎを含む物質を同時供給することにより井戸層に圧
縮性歪みを付与することにより、量子井戸構造の歪みの
大きさおよび／または符号を制御する。これにより、井
戸層の厚さをコントロールすることなく、量子井戸構造
の結晶性、対称性、光学特性を大幅に改善することがで
きる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光情報処理分野な
どへの応用が期待されているＧａＮ系発光ダイオードま
たは半導体レーザ装置などの量子井戸構造の形成方法お
よび該形成方法によって製造された量子井戸構造を有す
る半導体レーザ装置に関するものである。
どへの応用が期待されているＧａＮ系発光ダイオードま
たは半導体レーザ装置などの量子井戸構造の形成方法お
よび該形成方法によって製造された量子井戸構造を有す
る半導体レーザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザ素子等として脚光を浴びて
いる量子井戸構造を有したＧａＮ／ＡｌＧａＮまたはＡ
ｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ半導体の製造方法において、結晶
性、対称性、光学特性等の改良には、量子井戸層に圧縮
歪みをかけると効果があることが分かってきた。例え
ば、特開平１０−３３５７４２号公報には、ＩｎＧａＰ
の量子井戸層の厚さを８ｎｍより小さくしてＧａＡｓ基
板より大きい格子定数を持つように格子不整合を作り、
量子井戸層に圧縮性歪みを加えた半導体レーザー装置が
開示されている。
いる量子井戸構造を有したＧａＮ／ＡｌＧａＮまたはＡ
ｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ半導体の製造方法において、結晶
性、対称性、光学特性等の改良には、量子井戸層に圧縮
歪みをかけると効果があることが分かってきた。例え
ば、特開平１０−３３５７４２号公報には、ＩｎＧａＰ
の量子井戸層の厚さを８ｎｍより小さくしてＧａＡｓ基
板より大きい格子定数を持つように格子不整合を作り、
量子井戸層に圧縮性歪みを加えた半導体レーザー装置が
開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ＧａＮ／ＡｌＧａＮま
たはＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ系量子井戸構造の場合、従
来、下地のＧａＮ層を水素キャリア中で作製し、その上
のＧａＮ／ＡｌＧａＮ量子井戸構造を水素キャリア中で
作製していたが、室温での発光効率が極めて悪く、その
効率を改善させることが必要であった。上記の特開平１
０−３３５７４２号公報に示される半導体レーザ装置で
は、井戸層の厚さを薄くすることで、圧縮歪みを増大し
て発光効率を改善しているが、この場合、井戸層の厚さ
を厳しくコントロールする必要がある。
たはＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ系量子井戸構造の場合、従
来、下地のＧａＮ層を水素キャリア中で作製し、その上
のＧａＮ／ＡｌＧａＮ量子井戸構造を水素キャリア中で
作製していたが、室温での発光効率が極めて悪く、その
効率を改善させることが必要であった。上記の特開平１
０−３３５７４２号公報に示される半導体レーザ装置で
は、井戸層の厚さを薄くすることで、圧縮歪みを増大し
て発光効率を改善しているが、この場合、井戸層の厚さ
を厳しくコントロールする必要がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者は、先に、水素
キャリア中で作成されたＧａＮの単層膜は、バルクのＧ
ａＮに対して圧縮歪みを受け、窒素キャリア中で作成し
たＧａＮの単層膜は、バルクのＧａＮに対して引っ張り
歪みを受けることと、これらにＩｎをドープすることで
単層膜の歪みの大きさを制御し、結晶性、光学特性の改
善に成功した。
キャリア中で作成されたＧａＮの単層膜は、バルクのＧ
ａＮに対して圧縮歪みを受け、窒素キャリア中で作成し
たＧａＮの単層膜は、バルクのＧａＮに対して引っ張り
歪みを受けることと、これらにＩｎをドープすることで
単層膜の歪みの大きさを制御し、結晶性、光学特性の改
善に成功した。
【０００５】本発明者は、さらに、量子井戸構造に上記
の知見を適用するに当たり、等電子Ｉｎドーピング（Ｇ
ａＮ、ＡｌＧａＮのＧａおよびＡｌはＩＩＩ族であり、
ＮはＶ族である。そこに、Ｉｎをドーピングした場合、
ＩｎもＩＩＩ族なので、荷電子の数はＧａおよびＡｌと
同じである。これを等電子ドーピングという。）という
手法を量子井戸層形成時に試み、量子井戸構造を形成す
る際のキャリアガスの選択により量子井戸層の結晶性の
改善を図ることができることを見出した。
の知見を適用するに当たり、等電子Ｉｎドーピング（Ｇ
ａＮ、ＡｌＧａＮのＧａおよびＡｌはＩＩＩ族であり、
ＮはＶ族である。そこに、Ｉｎをドーピングした場合、
ＩｎもＩＩＩ族なので、荷電子の数はＧａおよびＡｌと
同じである。これを等電子ドーピングという。）という
手法を量子井戸層形成時に試み、量子井戸構造を形成す
る際のキャリアガスの選択により量子井戸層の結晶性の
改善を図ることができることを見出した。
【０００６】すなわち、本発明は、ＭＯＶＰＥ法により
量子井戸構造を形成する方法において、下地ＧａＮ層を
水素キャリアまたは窒素キャリア中で製作し、ＧａＮ／
ＡｌＧａＮまたはＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ量子井戸構造
の結晶成長において、キャリアを窒素ガスとすることに
より量子井戸層に圧縮性歪み（ただし、圧縮性歪みは下
地ＧａＮを基準に取る。）を付与することにより歪みの
大きさを制御することを特徴とする量子井戸構造の形成
方法である。なお、圧縮性歪みは下地ＧａＮを基準に取
るということは、下地ＧａＮの面方向の格子定数（格子
定数ａ）に対する歪みが圧縮性となることを言い、バル
クＧａＮの歪みに対する歪みのことではない。
量子井戸構造を形成する方法において、下地ＧａＮ層を
水素キャリアまたは窒素キャリア中で製作し、ＧａＮ／
ＡｌＧａＮまたはＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ量子井戸構造
の結晶成長において、キャリアを窒素ガスとすることに
より量子井戸層に圧縮性歪み（ただし、圧縮性歪みは下
地ＧａＮを基準に取る。）を付与することにより歪みの
大きさを制御することを特徴とする量子井戸構造の形成
方法である。なお、圧縮性歪みは下地ＧａＮを基準に取
るということは、下地ＧａＮの面方向の格子定数（格子
定数ａ）に対する歪みが圧縮性となることを言い、バル
クＧａＮの歪みに対する歪みのことではない。
【０００７】また、本発明は、ＭＯＶＰＥ法により量子
井戸構造を形成する方法において、下地ＧａＮ層を水素
キャリアまたは窒素キャリア中で製作し、ＧａＮ／Ａｌ
ＧａＮまたはＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ量子井戸構造の結
晶成長において、量子井戸層のＧａＮ層または量子井戸
層のＧＡｌａＮ層の成長において、キャリアガス中にイ
ンジウム源ガスを同時供給することにより量子井戸層に
引っ張り性歪みまたは圧縮性歪み（ただし、引っ張り性
歪みまたは圧縮性歪みは下地ＧａＮを基準に取る。）を
付与することにより、歪みの大きさおよび符号を制御す
ることを特徴とする量子井戸構造の形成方法である。
井戸構造を形成する方法において、下地ＧａＮ層を水素
キャリアまたは窒素キャリア中で製作し、ＧａＮ／Ａｌ
ＧａＮまたはＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ量子井戸構造の結
晶成長において、量子井戸層のＧａＮ層または量子井戸
層のＧＡｌａＮ層の成長において、キャリアガス中にイ
ンジウム源ガスを同時供給することにより量子井戸層に
引っ張り性歪みまたは圧縮性歪み（ただし、引っ張り性
歪みまたは圧縮性歪みは下地ＧａＮを基準に取る。）を
付与することにより、歪みの大きさおよび符号を制御す
ることを特徴とする量子井戸構造の形成方法である。
【０００８】また、本発明は、ＭＯＶＰＥ法により量子
井戸構造を形成する方法において、下地ＧａＮ層を水素
キャリアまたは窒素キャリア中で製作し、ＧａＮ／Ａｌ
ＧａＮまたはＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ量子井戸構造の結
晶成長において、キャリアを窒素ガスとするとともに、
量子井戸層のＧａＮ層または量子井戸層のＧＡｌａＮ層
の成長において、キャリアガス中にインジウム源ガスを
同時供給することにより量子井戸層に引っ張り性歪みま
たは圧縮性歪み（ただし、引っ張り性歪みまたは圧縮性
歪みは下地ＧａＮを基準に取る。）を付与することによ
り、歪みの大きさおよび符号を制御することを特徴とす
る量子井戸構造の形成方法である。
井戸構造を形成する方法において、下地ＧａＮ層を水素
キャリアまたは窒素キャリア中で製作し、ＧａＮ／Ａｌ
ＧａＮまたはＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ量子井戸構造の結
晶成長において、キャリアを窒素ガスとするとともに、
量子井戸層のＧａＮ層または量子井戸層のＧＡｌａＮ層
の成長において、キャリアガス中にインジウム源ガスを
同時供給することにより量子井戸層に引っ張り性歪みま
たは圧縮性歪み（ただし、引っ張り性歪みまたは圧縮性
歪みは下地ＧａＮを基準に取る。）を付与することによ
り、歪みの大きさおよび符号を制御することを特徴とす
る量子井戸構造の形成方法である。
【０００９】さらに、本発明は、上記各方法により得ら
れた量子井戸構造を有する発光ダイオードまたは半導体
レーザ装置である。
れた量子井戸構造を有する発光ダイオードまたは半導体
レーザ装置である。
【００１０】本発明は、上記各方法によって、量子井戸
構造の井戸層の厚さをコントロールすることなく周期性
の良好な量子井戸構造が作製され、量子井戸構造の結晶
性、対称性、光学特性を大幅に改善することに成功し
た。
構造の井戸層の厚さをコントロールすることなく周期性
の良好な量子井戸構造が作製され、量子井戸構造の結晶
性、対称性、光学特性を大幅に改善することに成功し
た。
【００１１】以下に、本発明を実験データに基づいて説
明する。図１は、本発明の方法を用いて形成する量子井
戸構造（ＭＱＷ）を示す側面図である。この試料の構造
は、サファイア（０００１）基板上に低温堆積ＡｌＮバ
ッファ層３０ｎｍをまず成長させ、その上に下地ＧａＮ
層２μｍを積んだ。ここまでは、全て水素キャリア中で
作製し、下地ＧａＮ層は、バルクＧａＮに対して圧縮性
の歪みを有することがわかっている。その上に、ＧａＮ
（５ｎｍ）／Ａｌ 0.17Ｇａ0.83Ｎ（７ｎｍ）の量子井戸
構造（１０ＱＷｓ）を窒素キャリア中で作製したもので
ある。なお、比較のために水素キャリア中でも量子井戸
構造を作製した。
明する。図１は、本発明の方法を用いて形成する量子井
戸構造（ＭＱＷ）を示す側面図である。この試料の構造
は、サファイア（０００１）基板上に低温堆積ＡｌＮバ
ッファ層３０ｎｍをまず成長させ、その上に下地ＧａＮ
層２μｍを積んだ。ここまでは、全て水素キャリア中で
作製し、下地ＧａＮ層は、バルクＧａＮに対して圧縮性
の歪みを有することがわかっている。その上に、ＧａＮ
（５ｎｍ）／Ａｌ 0.17Ｇａ0.83Ｎ（７ｎｍ）の量子井戸
構造（１０ＱＷｓ）を窒素キャリア中で作製したもので
ある。なお、比較のために水素キャリア中でも量子井戸
構造を作製した。
【００１２】一般に、ＭＯＶＰＥ法によるＧａＮ／Ａｌ
ＧａＮ量子井戸構造の形成には、成長温度１０５０〜１
１００℃が採用されているが、本実験では、結晶成長は
成長温度は９５０℃〜１０００℃とし、窒素キャリアガ
スは、流量５ｌ／分〜１０ｌ／分で、ＧａＮおよび／ま
たはＡｌＧａＮ成長時に供給した。Ｉｎドープの効果と
Ｉｎ源ガスの流量依存性を確認するために、Ｉｎ源とし
てトリメチルインジウムを０〜１０μｍｏｌ／分の流量
でキャリアガス中に同時供給した。
ＧａＮ量子井戸構造の形成には、成長温度１０５０〜１
１００℃が採用されているが、本実験では、結晶成長は
成長温度は９５０℃〜１０００℃とし、窒素キャリアガ
スは、流量５ｌ／分〜１０ｌ／分で、ＧａＮおよび／ま
たはＡｌＧａＮ成長時に供給した。Ｉｎドープの効果と
Ｉｎ源ガスの流量依存性を確認するために、Ｉｎ源とし
てトリメチルインジウムを０〜１０μｍｏｌ／分の流量
でキャリアガス中に同時供給した。
【００１３】図２（ａ）は、いわゆる（０００２）２θ
−ωスキャンＸ線回折スペクトルである。この図から、
窒素中で作製したＭＱＷの方が、比較のために水素中で
作製したＭＱＷに比べてピークの数が多く、ピークその
ものも鋭い形をしている。このことから、窒素中で作製
したＭＱＷの方が、ＭＱＷの周期性がよく、かつ、界面
がより平坦であることが示されている。
−ωスキャンＸ線回折スペクトルである。この図から、
窒素中で作製したＭＱＷの方が、比較のために水素中で
作製したＭＱＷに比べてピークの数が多く、ピークその
ものも鋭い形をしている。このことから、窒素中で作製
したＭＱＷの方が、ＭＱＷの周期性がよく、かつ、界面
がより平坦であることが示されている。
【００１４】図２（ｂ）は、室温でのフォトルミネッセ
ンス（ＰＬ、発光）スペクトルである。窒素中で作製し
たＭＱＷに関しては、量子井戸構造からの発光も観測さ
れているのに対して、比較のために水素中で作製した方
は、下地のＧａＮからの発光しか見えていない。図２
（ａ）、図２（ｂ）から、窒素キャリアの方が水素キャ
リアを用いた場合よりもＭＱＷの結晶性および発光特性
は良好であると言える。
ンス（ＰＬ、発光）スペクトルである。窒素中で作製し
たＭＱＷに関しては、量子井戸構造からの発光も観測さ
れているのに対して、比較のために水素中で作製した方
は、下地のＧａＮからの発光しか見えていない。図２
（ａ）、図２（ｂ）から、窒素キャリアの方が水素キャ
リアを用いた場合よりもＭＱＷの結晶性および発光特性
は良好であると言える。
【００１５】図３（ａ）は、比較のため水素中で作製し
たＭＱＷの（１０−１０）面回折のＸ線ロッキングカー
ブの半値幅のＴＭＩ（トリメチルインジウム）流量依存
性（図の横軸方向）を示すグラフである。いわゆる、ツ
イストというａ軸に関する情報が得られる。
たＭＱＷの（１０−１０）面回折のＸ線ロッキングカー
ブの半値幅のＴＭＩ（トリメチルインジウム）流量依存
性（図の横軸方向）を示すグラフである。いわゆる、ツ
イストというａ軸に関する情報が得られる。
【００１６】この図では、ＭＱＷのうち、（１）井戸層
ＧａＮにのみＩｎをドーピングしたもの（●）、（２）
障壁層ＡｌＧａＮにのみＩｎをドーピングしたもの
（△）、および（３）両者にＩｎをドーピングしたもの
（×）、の３種類のデータを示している。（２）の場合
には、ＴＭＩの流量に対して大きな変化はない。（１）
と（３）は、同じ程度に（２）より大きなＴＭＩ流量依
存性を示し、Ｉｎの供給量を増やすほどに、結晶性が改
善されていることがわかる。つまり、井戸層ＧａＮにＩ
ｎをドーピングすることが、より効果的であると考えら
れる。
ＧａＮにのみＩｎをドーピングしたもの（●）、（２）
障壁層ＡｌＧａＮにのみＩｎをドーピングしたもの
（△）、および（３）両者にＩｎをドーピングしたもの
（×）、の３種類のデータを示している。（２）の場合
には、ＴＭＩの流量に対して大きな変化はない。（１）
と（３）は、同じ程度に（２）より大きなＴＭＩ流量依
存性を示し、Ｉｎの供給量を増やすほどに、結晶性が改
善されていることがわかる。つまり、井戸層ＧａＮにＩ
ｎをドーピングすることが、より効果的であると考えら
れる。
【００１７】図３（ｂ）は、同じ実験を、窒素中で作製
したＭＱＷに対して行った半値幅のＴＭＩ流量依存性
（図の横軸方向）を示す。これも、やはり、全く同様の
結果を表している。
したＭＱＷに対して行った半値幅のＴＭＩ流量依存性
（図の横軸方向）を示す。これも、やはり、全く同様の
結果を表している。
【００１８】図４（ａ）、図４（ｂ）ともに、図２
（ａ）で示したスペクトルと同様のものである。ただ
し、ＴＭＩ流量依存性（図の縦軸方向）を加えている。
（ａ）は、比較のため水素中で作製したＭＱＷに関する
ものであり、（ｂ）は、窒素中で作製したＭＱＷに関す
るものである。これらの図からも、両者ともに、Ｉｎを
増やしていく（図の縦軸方向）につれて、ピークの数が
増えている、すなわち、周期性が明確に現れていること
が確認された。
（ａ）で示したスペクトルと同様のものである。ただ
し、ＴＭＩ流量依存性（図の縦軸方向）を加えている。
（ａ）は、比較のため水素中で作製したＭＱＷに関する
ものであり、（ｂ）は、窒素中で作製したＭＱＷに関す
るものである。これらの図からも、両者ともに、Ｉｎを
増やしていく（図の縦軸方向）につれて、ピークの数が
増えている、すなわち、周期性が明確に現れていること
が確認された。
【００１９】図５（ａ）、（ｂ）は、水素中および窒素
中で作製したＭＱＷのスペクトルの各ピークの半値幅の
ＴＭＩ流量依存性（図の横軸方向）を取ったものであ
る。記号０（●）、＋１（×）、−１（△）は、図４中
のそれぞれのピークに対応する。これらのグラフから、
半値幅がＴＭＩの流量の増加（図の横軸方向）とともに
減少している、すなわち、結晶性がよくなっていること
がわかる。
中で作製したＭＱＷのスペクトルの各ピークの半値幅の
ＴＭＩ流量依存性（図の横軸方向）を取ったものであ
る。記号０（●）、＋１（×）、−１（△）は、図４中
のそれぞれのピークに対応する。これらのグラフから、
半値幅がＴＭＩの流量の増加（図の横軸方向）とともに
減少している、すなわち、結晶性がよくなっていること
がわかる。
【００２０】図６は、図２（ｂ）と同じく、ＰＬスペク
トルである。ただし、ＴＭＩ流量の依存性（図の縦軸方
向）を取ってある。この図から、水素、窒素ガス中で作
製したＭＱＷが、ともに、ＴＭＩ流量の増加につれて、
ＭＱＷからの発光が増大していることがわかる。なお、
矢印はピーク位置を示している。
トルである。ただし、ＴＭＩ流量の依存性（図の縦軸方
向）を取ってある。この図から、水素、窒素ガス中で作
製したＭＱＷが、ともに、ＴＭＩ流量の増加につれて、
ＭＱＷからの発光が増大していることがわかる。なお、
矢印はピーク位置を示している。
【００２１】図７（ａ）は、図６から得られる、ＰＬの
発光強度のＴＭＩ流量依存性（図の横軸方向）を表し、
図７（ｂ）は、同じく図６から得られるＰＬのピーク位
置（矢印の位置）のＴＭＩ流量依存性（図の横軸方向）
を表している。図７（ａ）から、窒素ガスを用いたＭＱ
Ｗの方が発光強度が大きいということがわかる。さら
に、窒素ガス、水素ガスどちらを用いても、ＴＭＩ流量
の増加とともに、発光強度が増大することも確認され
た。
発光強度のＴＭＩ流量依存性（図の横軸方向）を表し、
図７（ｂ）は、同じく図６から得られるＰＬのピーク位
置（矢印の位置）のＴＭＩ流量依存性（図の横軸方向）
を表している。図７（ａ）から、窒素ガスを用いたＭＱ
Ｗの方が発光強度が大きいということがわかる。さら
に、窒素ガス、水素ガスどちらを用いても、ＴＭＩ流量
の増加とともに、発光強度が増大することも確認され
た。
【００２２】一方、図７（ｂ）のピーク位置について
は、比較のため水素ガス中で作製したＭＱＷに関して
は、ＴＭＩ流量の増大（図の横軸方向）とともに、低エ
ネルギー側へとシフトしているのに対し、窒素ガス中で
作製したＭＱＷに関しては、反対の傾向を示しているこ
とがわかる。これは、ＴＭＩの供給量の増大とともに膜
内の歪みが緩和されることに基づいているものと考えら
れる。
は、比較のため水素ガス中で作製したＭＱＷに関して
は、ＴＭＩ流量の増大（図の横軸方向）とともに、低エ
ネルギー側へとシフトしているのに対し、窒素ガス中で
作製したＭＱＷに関しては、反対の傾向を示しているこ
とがわかる。これは、ＴＭＩの供給量の増大とともに膜
内の歪みが緩和されることに基づいているものと考えら
れる。
【００２３】図８は、窒素ガスで作製したＧａＮ膜（Ｎ
2 −ＧａＮと表記する）および比較のため水素ガス中で
作製したＧａＮ膜（Ｈ2 −ＧａＮと表記する）の歪みの
ＴＭＩ流量依存性（矢印方向）を格子定数ｃとａの関係
で表している。ＴＭＩ流量増加とともに歪みが小さくな
っていることがわかる。さらに、水素中で作製したＧａ
Ｎ（Ｈ2 −ＧａＮ）は、バルクＧａＮに対し圧縮性歪み
を、窒素中で作製したＧａＮ（Ｎ2 −ＧａＮ）は、バル
クＧａＮに対し引っ張り性歪みを受けていることもわか
る。
2 −ＧａＮと表記する）および比較のため水素ガス中で
作製したＧａＮ膜（Ｈ2 −ＧａＮと表記する）の歪みの
ＴＭＩ流量依存性（矢印方向）を格子定数ｃとａの関係
で表している。ＴＭＩ流量増加とともに歪みが小さくな
っていることがわかる。さらに、水素中で作製したＧａ
Ｎ（Ｈ2 −ＧａＮ）は、バルクＧａＮに対し圧縮性歪み
を、窒素中で作製したＧａＮ（Ｎ2 −ＧａＮ）は、バル
クＧａＮに対し引っ張り性歪みを受けていることもわか
る。
【００２４】したがって、水素中で作製する（Ｈ2 −Ｇ
ａＮ）とバルクＧａＮに対し圧縮性の歪みになり、窒素
中で作製する（Ｎ2 −ＧａＮ）とバルクＧａＮに対し引
っ張り性の歪みになるので、図９（ｂ）に概念的に示す
ように、バルクＧａＮに対し圧縮性である下地Ｈ2 −Ｇ
ａＮの上に引っ張り性のＮ2 −ＧａＮ井戸層を積むと、
Ｎ2 −ＧａＮ井戸層は、それが単独で存在しているとき
よりも、下地のＨ2 −ＧａＮの影響を受けて圧縮歪みを
感じることになる。これに対して、図９（ａ）に示すよ
うに、下地Ｈ2 −ＧａＮの上に積んだＨ2 −ＧａＮ井戸
層は、下地Ｈ2−ＧａＮの影響を受けず、歪みを感じな
い（無歪み）ことになる。一般に、結晶性などの特性
は、圧縮性の方が引っ張り性よりも良好である。
ａＮ）とバルクＧａＮに対し圧縮性の歪みになり、窒素
中で作製する（Ｎ2 −ＧａＮ）とバルクＧａＮに対し引
っ張り性の歪みになるので、図９（ｂ）に概念的に示す
ように、バルクＧａＮに対し圧縮性である下地Ｈ2 −Ｇ
ａＮの上に引っ張り性のＮ2 −ＧａＮ井戸層を積むと、
Ｎ2 −ＧａＮ井戸層は、それが単独で存在しているとき
よりも、下地のＨ2 −ＧａＮの影響を受けて圧縮歪みを
感じることになる。これに対して、図９（ａ）に示すよ
うに、下地Ｈ2 −ＧａＮの上に積んだＨ2 −ＧａＮ井戸
層は、下地Ｈ2−ＧａＮの影響を受けず、歪みを感じな
い（無歪み）ことになる。一般に、結晶性などの特性
は、圧縮性の方が引っ張り性よりも良好である。
【００２５】図１０は、図８に示す実験結果を踏まえた
実験の結果を示すものである。以上の実験では、下地と
なるＧａＮ膜は、全て水素ガス中で作製したもの（Ｈ2
−ＧａＮと表記する）であった。ここでは、窒素ガス中
で作製したＧａＮ膜（Ｎ2 −ＧａＮと表記する）も使用
した。すなわち、下地が、Ｈ2 −ＧａＮまたはＮ2 −Ｇ
ａＮで、上に積むＭＱＷも、Ｈ2 −ＭＱＷとＮ2 −ＭＱ
Ｗを準備した。したがって、４種類の構造が得られるこ
とになる。
実験の結果を示すものである。以上の実験では、下地と
なるＧａＮ膜は、全て水素ガス中で作製したもの（Ｈ2
−ＧａＮと表記する）であった。ここでは、窒素ガス中
で作製したＧａＮ膜（Ｎ2 −ＧａＮと表記する）も使用
した。すなわち、下地が、Ｈ2 −ＧａＮまたはＮ2 −Ｇ
ａＮで、上に積むＭＱＷも、Ｈ2 −ＭＱＷとＮ2 −ＭＱ
Ｗを準備した。したがって、４種類の構造が得られるこ
とになる。
【００２６】図１０（ａ）は、Ｈ2 −ＭＱＷで、下地を
Ｎ2 −ＧａＮまたはＨ2 −ＧａＮとしたもの、図１０
（ｂ）は、Ｎ2 −ＭＱＷについて、同じく、下地をＮ2
−ＧａＮまたはＨ2 −ＧａＮとしたものの（０００２）
２θ−ωスキャンＸ線回折スペクトルである。
Ｎ2 −ＧａＮまたはＨ2 −ＧａＮとしたもの、図１０
（ｂ）は、Ｎ2 −ＭＱＷについて、同じく、下地をＮ2
−ＧａＮまたはＨ2 −ＧａＮとしたものの（０００２）
２θ−ωスキャンＸ線回折スペクトルである。
【００２７】これらの図から、ＭＱＷの受ける歪みが引
っ張り歪み（下地Ｎ2 −ＧａＮ、Ｈ 2 −ＭＱＷ）＜無歪
み（下地Ｈ2 −ＧａＮ、Ｈ2 −ＭＱＷ）、無歪み（下地
Ｎ2−ＧａＮ、Ｎ2 −ＭＱＷ）＜圧縮歪み（下地Ｈ2 −
ＧａＮ、Ｎ2 −ＭＱＷ）の順に、ＭＱＷの周期性がよく
なっていることがわかる。すなわち、キャリアガスの窒
素と水素を組み合わせることにより、下地ＧａＮとＭＱ
Ｗにかかる歪みの符号（＋引っ張り歪み、−圧縮性歪
み）を制御することが可能である。
っ張り歪み（下地Ｎ2 −ＧａＮ、Ｈ 2 −ＭＱＷ）＜無歪
み（下地Ｈ2 −ＧａＮ、Ｈ2 −ＭＱＷ）、無歪み（下地
Ｎ2−ＧａＮ、Ｎ2 −ＭＱＷ）＜圧縮歪み（下地Ｈ2 −
ＧａＮ、Ｎ2 −ＭＱＷ）の順に、ＭＱＷの周期性がよく
なっていることがわかる。すなわち、キャリアガスの窒
素と水素を組み合わせることにより、下地ＧａＮとＭＱ
Ｗにかかる歪みの符号（＋引っ張り歪み、−圧縮性歪
み）を制御することが可能である。
【００２８】図１１（ａ）、（ｂ）は、図１０の４種類
の構造についてのＰＬスペクトルを示す。ＭＱＷの周期
性の結果と一致するように、発光強度に関しても、ＭＱ
Ｗの受ける歪みが引っ張り歪み＜無歪み＜圧縮歪み、の
順に強くなっていることがわかり、下地ＧａＮを水素キ
ャリアガスとし、量子井戸層を窒素ガスキャリアとした
場合に、優れた発光強度が得られる。
の構造についてのＰＬスペクトルを示す。ＭＱＷの周期
性の結果と一致するように、発光強度に関しても、ＭＱ
Ｗの受ける歪みが引っ張り歪み＜無歪み＜圧縮歪み、の
順に強くなっていることがわかり、下地ＧａＮを水素キ
ャリアガスとし、量子井戸層を窒素ガスキャリアとした
場合に、優れた発光強度が得られる。
【００２９】なお、以上は、ＧａＮ／ＡｌＧａＮの成長
におけるキャリアガスの作用について述べたが、ＧａＮ
／ＡｌＧａＮの障壁層のＡｌＧａＮより少しＡｌの組成
の少ないＡｌＧａＮを井戸層にそのまま持ってきても、
Ａｌの組成が数％程度であれば、ＧａＮの特性はそのま
まであり、結晶性おいて同様の結果が得られる。
におけるキャリアガスの作用について述べたが、ＧａＮ
／ＡｌＧａＮの障壁層のＡｌＧａＮより少しＡｌの組成
の少ないＡｌＧａＮを井戸層にそのまま持ってきても、
Ａｌの組成が数％程度であれば、ＧａＮの特性はそのま
まであり、結晶性おいて同様の結果が得られる。
【００３０】
【発明の効果】本発明は、水素キャリアまたは窒素キャ
リアで作成したバルクＧａＮに対して歪みをもつ下地Ｇ
ａＮの上に積むＧａＮ井戸層またはＡｌＧａＮ井戸層の
成長におけるキャリアを窒素ガスとすることおよび／ま
たはＩｎドープにより量子井戸構造にかかる圧縮性歪み
の大きさを制御することができ、これにより、井戸層の
厚さをコントロールすることなく、量子井戸構造の結晶
性、対称性、光学特性を大幅に改善することができた。
リアで作成したバルクＧａＮに対して歪みをもつ下地Ｇ
ａＮの上に積むＧａＮ井戸層またはＡｌＧａＮ井戸層の
成長におけるキャリアを窒素ガスとすることおよび／ま
たはＩｎドープにより量子井戸構造にかかる圧縮性歪み
の大きさを制御することができ、これにより、井戸層の
厚さをコントロールすることなく、量子井戸構造の結晶
性、対称性、光学特性を大幅に改善することができた。
【図１】図１は、本発明の量子井戸構造を有する試料の
概念を示す側面図である。
概念を示す側面図である。
【図２】図２（ａ）は、窒素中で製作したＭＱＷと水素
中で製作したＭＱＷの（０００２）２θωスキャンＸ線
回折スペクトルを示す図である。図２（ｂ）は、図２
（ａ）のＭＱＷの室温でのフォトルミネッセンス（Ｐ
Ｌ、発光）スペクトルを示す図である。
中で製作したＭＱＷの（０００２）２θωスキャンＸ線
回折スペクトルを示す図である。図２（ｂ）は、図２
（ａ）のＭＱＷの室温でのフォトルミネッセンス（Ｐ
Ｌ、発光）スペクトルを示す図である。
【図３】図３（ａ）、（ｂ）は、水素中で作製したＭＱ
Ｗの（１０−１０）面回折のＸ線ロッキングカーブの半
値幅のＴＭＩ供給依存性を示すグラフである。
Ｗの（１０−１０）面回折のＸ線ロッキングカーブの半
値幅のＴＭＩ供給依存性を示すグラフである。
【図４】図４（ａ）、（ｂ）は、窒素中で製作したＭＱ
Ｗと水素中で製作したＭＱＷのＴＭＩ流量依存性による
（０００２）２θ−ωスキャンＸ線回折スペクトルを示
す図である。
Ｗと水素中で製作したＭＱＷのＴＭＩ流量依存性による
（０００２）２θ−ωスキャンＸ線回折スペクトルを示
す図である。
【図５】図５（ａ）、（ｂ）は、図４中のそれぞれのピ
ークの半値幅のＴＭＩ流量依存性を示すグラフである。
ークの半値幅のＴＭＩ流量依存性を示すグラフである。
【図６】図６は、室温でのＰＬスペクトルのＴＭＩ流量
の依存性を示すグラフである。
の依存性を示すグラフである。
【図７】図７（ａ）は、図６から得られる、ＰＬの発光
強度のＴＭＩ流量依存性（図の横軸方向）を表し、図７
（ｂ）は、同じく図６から得られるＰＬのピーク位置の
ＴＭＩ流量依存性を示すグラフである。
強度のＴＭＩ流量依存性（図の横軸方向）を表し、図７
（ｂ）は、同じく図６から得られるＰＬのピーク位置の
ＴＭＩ流量依存性を示すグラフである。
【図８】図８は、窒素ガスで作製したＧａＮ膜（Ｎ2 −
ＧａＮ）および水素ガス中で作製したＧａＮ膜（Ｈ2 −
ＧａＮ）の歪みのＴＭＩ流量依存性を格子定数ｃとａの
関係で示すグラフである。
ＧａＮ）および水素ガス中で作製したＧａＮ膜（Ｈ2 −
ＧａＮ）の歪みのＴＭＩ流量依存性を格子定数ｃとａの
関係で示すグラフである。
【図９】図９（ａ）、（ｂ）は、窒素ガスで作製したＧ
ａＮ膜（Ｎ2 −ＧａＮ）および水素ガス中で作製したＧ
ａＮ膜（Ｈ2 −ＧａＮ）の歪みの違いを示す概念図であ
る。
ａＮ膜（Ｎ2 −ＧａＮ）および水素ガス中で作製したＧ
ａＮ膜（Ｈ2 −ＧａＮ）の歪みの違いを示す概念図であ
る。
【図１０】図１０（ａ）は、Ｈ2 −ＭＱＷで、下地をＮ
2 −ＧａＮまたはＨ2 −ＧａＮとしたもの、１０（ｂ）
は、Ｎ2 −ＭＱＷについて、同じく、下地をＮ2 −Ｇａ
ＮまたはＨ2 −ＧａＮとしたものの（０００２）２θ−
ωスキャンＸ線回折スペクトルを示す図である。
2 −ＧａＮまたはＨ2 −ＧａＮとしたもの、１０（ｂ）
は、Ｎ2 −ＭＱＷについて、同じく、下地をＮ2 −Ｇａ
ＮまたはＨ2 −ＧａＮとしたものの（０００２）２θ−
ωスキャンＸ線回折スペクトルを示す図である。
【図１１】図１１（ａ）、（ｂ）は、図１０に示す４種
類の構造についてのＰＬスペクトルを示す図である。
類の構造についてのＰＬスペクトルを示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F041 AA03 AA40 CA05 CA34 CA40 CA46 CA57 CA65 5F045 AA04 AB09 AB14 AB17 AC08 AC15 AD13 AF09 AF13 BB12 BB16 CA10 CA12 DA55 DA69 5F073 AA74 CA07 CB05 CB07 CB18 DA05
Claims (4)
- 【請求項１】 ＭＯＶＰＥ法により量子井戸構造を形成
する方法において、下地ＧａＮ層を水素キャリアまたは
窒素キャリア中で製作し、ＧａＮ／ＡｌＧａＮまたはＡ
ｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ量子井戸構造の結晶成長におい
て、キャリアを窒素ガスとすることにより量子井戸層に
圧縮性歪み（ただし、圧縮性歪みは下地ＧａＮを基準に
取る。）を付与することにより歪みの大きさを制御する
ことを特徴とする量子井戸構造の形成方法。 - 【請求項２】 ＭＯＶＰＥ法により量子井戸構造を形成
する方法において、下地ＧａＮ層を水素キャリアまたは
窒素キャリア中で製作し、ＧａＮ／ＡｌＧａＮまたはＡ
ｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ量子井戸構造の結晶成長におい
て、量子井戸層のＧａＮ層または量子井戸層のＡｌＧａ
Ｎ層の成長において、キャリアガス中にインジウム源ガ
スを同時供給することにより量子井戸層に引っ張り性歪
みまたは圧縮性歪み（ただし、引っ張り性歪みまたは圧
縮性歪みは下地ＧａＮを基準に取る。）を付与すること
により、歪みの大きさおよび符号を制御することを特徴
とする量子井戸構造の形成方法。 - 【請求項３】 ＭＯＶＰＥ法により量子井戸構造を形成
する方法において、下地ＧａＮ層を水素キャリアまたは
窒素キャリア中で製作し、ＧａＮ／ＡｌＧａＮまたはＡ
ｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ量子井戸構造の結晶成長におい
て、キャリアを窒素ガスとするとともに、量子井戸層の
ＧａＮ層または量子井戸層のＧＡｌａＮ層の成長におい
て、キャリアガス中にインジウム源ガスを同時供給する
ことにより量子井戸層に引っ張り性歪みまたは圧縮性歪
み（ただし、引っ張り性歪みまたは圧縮性歪みは下地Ｇ
ａＮを基準に取る。）を付与することにより、歪みの大
きさおよび符号を制御することを特徴とする量子井戸構
造の形成方法。 - 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかに記載の方法
により得られた量子井戸構造を有する発光ダイオードま
たは半導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000039811A JP3833431B2 (ja) | 2000-02-14 | 2000-02-14 | ＧａＮ／ＡｌＧａＮまたはＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ量子井戸構造の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000039811A JP3833431B2 (ja) | 2000-02-14 | 2000-02-14 | ＧａＮ／ＡｌＧａＮまたはＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ量子井戸構造の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001230500A true JP2001230500A (ja) | 2001-08-24 |
| JP3833431B2 JP3833431B2 (ja) | 2006-10-11 |
Family
ID=18563317
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000039811A Expired - Fee Related JP3833431B2 (ja) | 2000-02-14 | 2000-02-14 | ＧａＮ／ＡｌＧａＮまたはＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ量子井戸構造の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3833431B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100709752B1 (ko) | 2004-06-25 | 2007-04-23 | 오재응 | 무인듐의 질화감륨계 발광 소자 |
| JP2008544486A (ja) * | 2005-06-10 | 2008-12-04 | クリー， インコーポレイティッド | 直径１００ミリメートルの炭化シリコン基板上の高均一性のｉｉｉ族窒化物エピタキシャル層 |
| CN114824004A (zh) * | 2022-06-29 | 2022-07-29 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种led外延结构及其制备方法 |
-
2000
- 2000-02-14 JP JP2000039811A patent/JP3833431B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
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| CN114824004A (zh) * | 2022-06-29 | 2022-07-29 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种led外延结构及其制备方法 |
| CN114824004B (zh) * | 2022-06-29 | 2022-09-20 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种led外延结构及其制备方法 |
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|---|---|
| JP3833431B2 (ja) | 2006-10-11 |
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