JP2001308381A - Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents
Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子及びその製造方法Info
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- JP2001308381A JP2001308381A JP2000121370A JP2000121370A JP2001308381A JP 2001308381 A JP2001308381 A JP 2001308381A JP 2000121370 A JP2000121370 A JP 2000121370A JP 2000121370 A JP2000121370 A JP 2000121370A JP 2001308381 A JP2001308381 A JP 2001308381A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】立方晶と六方晶の結晶構造型を相違するＩＩＩ
族窒化物半導体結晶層を備えたエピタキシャルウェーハ
から作製したｎサイドアップ型のＩＩＩ族窒化半導体発
光素子を提供する。 【解決手段】ｐ形導電性のＳｉ単結晶からなる基板上
に、ＢＰ系材料からなる緩衝層と、ＢＰ系材料からなる
立方晶のｐ形単結晶層と、立方晶のｐ形ＩＩＩ族窒化物
半導体結晶層と、六方晶のｎ形ＩＩＩ族窒化物半導体結
晶層とを順次形成する。上記緩衝層、立方晶のｐ形ＩＩ
Ｉ族窒化物半導体結晶層、六方晶のｎ形ＩＩＩ族窒化物
半導体結晶層の積層温度を最適化する。
族窒化物半導体結晶層を備えたエピタキシャルウェーハ
から作製したｎサイドアップ型のＩＩＩ族窒化半導体発
光素子を提供する。 【解決手段】ｐ形導電性のＳｉ単結晶からなる基板上
に、ＢＰ系材料からなる緩衝層と、ＢＰ系材料からなる
立方晶のｐ形単結晶層と、立方晶のｐ形ＩＩＩ族窒化物
半導体結晶層と、六方晶のｎ形ＩＩＩ族窒化物半導体結
晶層とを順次形成する。上記緩衝層、立方晶のｐ形ＩＩ
Ｉ族窒化物半導体結晶層、六方晶のｎ形ＩＩＩ族窒化物
半導体結晶層の積層温度を最適化する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ｐ形の珪素（Ｓ
ｉ）単結晶表面上にリン化硼素（ＢＰ）系材料からなる
結晶層を介してＩＩＩ族窒化物半導体結晶層を形成した
エピタキシャルウェーハを用いて、ｎサイドアップ（ｓ
ｉｄｅ−ｕｐ）型の発光ダイオード（ＬＥＤ）或いはレ
ーザーダイオード等のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子を
作製するための技術に関する。
ｉ）単結晶表面上にリン化硼素（ＢＰ）系材料からなる
結晶層を介してＩＩＩ族窒化物半導体結晶層を形成した
エピタキシャルウェーハを用いて、ｎサイドアップ（ｓ
ｉｄｅ−ｕｐ）型の発光ダイオード（ＬＥＤ）或いはレ
ーザーダイオード等のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子を
作製するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の作製に
用いるＩＩＩ族窒化物半導体結晶層を備えたエピタキシ
ャルウェーハとして、導電性のＳｉ等の立方晶結晶を基
板に用いて、その上にＩＩＩ族窒化物半導体であるＡｌ
XＧａYＩｎZＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦
１、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）層を形成し、エピタキシャルウェ
ーハを作製する従来技術が知られている（特開平１１−
４０８５０号公報）。Ｓｉ等のダイアモンド型、或いは
リン化ガリウム（ＧａＰ）等の閃亜鉛鉱型の立方晶結晶
を基板として利用すれば、劈開性を利用して発光素子の
端面が簡便に構成できる。さらにｐ形或いはｎ形導電性
の低抵抗のＳｉ単結晶を基板とすれば、簡易に電極が形
成できるという利点がある。
用いるＩＩＩ族窒化物半導体結晶層を備えたエピタキシ
ャルウェーハとして、導電性のＳｉ等の立方晶結晶を基
板に用いて、その上にＩＩＩ族窒化物半導体であるＡｌ
XＧａYＩｎZＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦
１、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）層を形成し、エピタキシャルウェ
ーハを作製する従来技術が知られている（特開平１１−
４０８５０号公報）。Ｓｉ等のダイアモンド型、或いは
リン化ガリウム（ＧａＰ）等の閃亜鉛鉱型の立方晶結晶
を基板として利用すれば、劈開性を利用して発光素子の
端面が簡便に構成できる。さらにｐ形或いはｎ形導電性
の低抵抗のＳｉ単結晶を基板とすれば、簡易に電極が形
成できるという利点がある。
【０００３】Ｓｉ結晶との格子ミスマッチ（ｍｉｓｍａ
ｔｃｈ）を低減して、結晶欠陥密度の低い結晶性に優れ
るＩＩＩ族窒化物半導体結晶層をＳｉ単結晶基板上に形
成するために、ＢＰからなる結晶層を、ＩＩＩ族窒化物
半導体結晶層をその上に形成するための下地層としてＳ
ｉ単結晶基板上に形成する技術が開示されている（特開
平１１−１６２８４８号明細書参照）。また、閃亜鉛鉱
型の結晶構造のＢＰからなる結晶層上には、バンド（ｂ
ａｎｄ）構造からして、六方晶結晶に比較して低抵抗の
立方晶のｐ形ＩＩＩ族窒化物半導体層が形成され易い
（特開平２−２７５６８２号明細書参照）。低抵抗の立
方晶のｐ形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層は、発光素子の
ｐｎ接合型ダブルヘテロ（ＤＨ）構造の発光部を簡易に
構成するために有利である。
ｔｃｈ）を低減して、結晶欠陥密度の低い結晶性に優れ
るＩＩＩ族窒化物半導体結晶層をＳｉ単結晶基板上に形
成するために、ＢＰからなる結晶層を、ＩＩＩ族窒化物
半導体結晶層をその上に形成するための下地層としてＳ
ｉ単結晶基板上に形成する技術が開示されている（特開
平１１−１６２８４８号明細書参照）。また、閃亜鉛鉱
型の結晶構造のＢＰからなる結晶層上には、バンド（ｂ
ａｎｄ）構造からして、六方晶結晶に比較して低抵抗の
立方晶のｐ形ＩＩＩ族窒化物半導体層が形成され易い
（特開平２−２７５６８２号明細書参照）。低抵抗の立
方晶のｐ形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層は、発光素子の
ｐｎ接合型ダブルヘテロ（ＤＨ）構造の発光部を簡易に
構成するために有利である。
【０００４】しかし、一方でＩＩＩ族窒化物半導体結晶
層は、生成エネルギーの低さからすれば、六方晶の結晶
層となり易い傾向がある。（赤崎 勇編著、「ＩＩＩ族
窒化物半導体」（１９９９年１２月８日初版）（株）培
風館発行、３７頁参照）このため、立方晶のＢＰからな
る結晶層を下地層として、その上に立方晶のＩＩＩ族窒
化物半導体結晶層の形成を意図しても、成長したＩＩＩ
族窒化物半導体結晶層が下地層の結晶構造型の影響が薄
れる層厚となると、六方晶のＩＩＩ族窒化物半導体結晶
層が成長しやすくなる。そのため、立方晶のバンド構造
上の特性を生かせば簡便に作製できる低抵抗のｐ形ＩＩ
Ｉ族窒化物半導体結晶層が、層厚が厚くなると安定して
形成できない問題があった。
層は、生成エネルギーの低さからすれば、六方晶の結晶
層となり易い傾向がある。（赤崎 勇編著、「ＩＩＩ族
窒化物半導体」（１９９９年１２月８日初版）（株）培
風館発行、３７頁参照）このため、立方晶のＢＰからな
る結晶層を下地層として、その上に立方晶のＩＩＩ族窒
化物半導体結晶層の形成を意図しても、成長したＩＩＩ
族窒化物半導体結晶層が下地層の結晶構造型の影響が薄
れる層厚となると、六方晶のＩＩＩ族窒化物半導体結晶
層が成長しやすくなる。そのため、立方晶のバンド構造
上の特性を生かせば簡便に作製できる低抵抗のｐ形ＩＩ
Ｉ族窒化物半導体結晶層が、層厚が厚くなると安定して
形成できない問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】積層構造から判別し
て、ＩＩＩ族窒化物半導体を用いたＬＥＤはｐサイドア
ップ型とｎサイドアップ型とに大別される。ｐサイドア
ップ型とは、ｎ形基板を下方として、発光層の上方に在
る上部クラッド層がｐ形結晶層から構成されているＬＥ
Ｄである。逆に、ｎサイドアップ型とは、ｐ形基板を下
方として、発光層の上方にｎ形結晶層からなる上部クラ
ッド層が配置されてなるＬＥＤを指す。ｎサイドアップ
型ＬＥＤでは、上部クラッド層或いはその上の電流拡散
層がｐ形化合物半導体層に比較すれば一般に移動度が大
きいｎ形化合物半導体層から構成されるため、元来、発
光部の広範囲に素子動作電流を拡散するに有利となって
いる。即ち、高輝度のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子を
簡便に獲得するに有利な構造となっている。
て、ＩＩＩ族窒化物半導体を用いたＬＥＤはｐサイドア
ップ型とｎサイドアップ型とに大別される。ｐサイドア
ップ型とは、ｎ形基板を下方として、発光層の上方に在
る上部クラッド層がｐ形結晶層から構成されているＬＥ
Ｄである。逆に、ｎサイドアップ型とは、ｐ形基板を下
方として、発光層の上方にｎ形結晶層からなる上部クラ
ッド層が配置されてなるＬＥＤを指す。ｎサイドアップ
型ＬＥＤでは、上部クラッド層或いはその上の電流拡散
層がｐ形化合物半導体層に比較すれば一般に移動度が大
きいｎ形化合物半導体層から構成されるため、元来、発
光部の広範囲に素子動作電流を拡散するに有利となって
いる。即ち、高輝度のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子を
簡便に獲得するに有利な構造となっている。
【０００６】従って本発明では、従来の技術上の問題点
を克服して、高輝度のｎサイドアップ型のＩＩＩ族窒化
物半導体発光素子を作製するための技術を提供するもの
とする。特に本発明では、ｐ形Ｓｉ単結晶基板上にＢＰ
系材料からなる結晶層を介して設けたＩＩＩ族窒化物半
導体結晶層を具備するエピタキシャルウェーハを利用し
て、ｎサイドアップ型のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子
を作製する際に、低抵抗のｐ形層を形成するのに有利で
ある立方晶のＩＩＩ族窒化物半導体結晶層と、簡便に形
成され得る六方晶のｎ形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層と
をうまく組み合わせて作製するための技術を提供する。
さらに本発明は、立方晶と六方晶の結晶構造型を相違す
るＩＩＩ族窒化物半導体結晶層を備えたエピタキシャル
ウェーハから作製したｎサイドアップ型のＩＩＩ族窒化
半導体発光素子を提供する。
を克服して、高輝度のｎサイドアップ型のＩＩＩ族窒化
物半導体発光素子を作製するための技術を提供するもの
とする。特に本発明では、ｐ形Ｓｉ単結晶基板上にＢＰ
系材料からなる結晶層を介して設けたＩＩＩ族窒化物半
導体結晶層を具備するエピタキシャルウェーハを利用し
て、ｎサイドアップ型のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子
を作製する際に、低抵抗のｐ形層を形成するのに有利で
ある立方晶のＩＩＩ族窒化物半導体結晶層と、簡便に形
成され得る六方晶のｎ形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層と
をうまく組み合わせて作製するための技術を提供する。
さらに本発明は、立方晶と六方晶の結晶構造型を相違す
るＩＩＩ族窒化物半導体結晶層を備えたエピタキシャル
ウェーハから作製したｎサイドアップ型のＩＩＩ族窒化
半導体発光素子を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、ｐ形導
電性の珪素（Ｓｉ）単結晶からなる基板と、該基板上に
設けられた、リン化硼素（ＢＰ）系材料からなる緩衝層
と、該緩衝層上に接して設けられた、ＢＰ系材料からな
る立方晶のｐ形単結晶層と、該ｐ形単結晶層に接して設
けられた立方晶のｐ形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層と、
該ｐ形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層上に設けられた六方
晶のｎ形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層とを具備するＩＩ
Ｉ族窒化物半導体発光素子である。特に本発明は、前記
ｐ形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層の層厚が１０ナノメー
タ（ｎｍ）以上で５００ｎｍ以下であるのが望ましい。
また、前記ｐ形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層のドーパン
トが亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）または炭素
（Ｃ）であることが望ましい。本発明は、前記立方晶の
ｐ形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層及び六方晶のｎ形ＩＩ
Ｉ族窒化物半導体結晶層をＩＩＩ族窒化物半導体発光素
子の発光部に用いるものである。
電性の珪素（Ｓｉ）単結晶からなる基板と、該基板上に
設けられた、リン化硼素（ＢＰ）系材料からなる緩衝層
と、該緩衝層上に接して設けられた、ＢＰ系材料からな
る立方晶のｐ形単結晶層と、該ｐ形単結晶層に接して設
けられた立方晶のｐ形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層と、
該ｐ形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層上に設けられた六方
晶のｎ形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層とを具備するＩＩ
Ｉ族窒化物半導体発光素子である。特に本発明は、前記
ｐ形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層の層厚が１０ナノメー
タ（ｎｍ）以上で５００ｎｍ以下であるのが望ましい。
また、前記ｐ形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層のドーパン
トが亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）または炭素
（Ｃ）であることが望ましい。本発明は、前記立方晶の
ｐ形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層及び六方晶のｎ形ＩＩ
Ｉ族窒化物半導体結晶層をＩＩＩ族窒化物半導体発光素
子の発光部に用いるものである。
【０００８】また本発明は、ｐ形導電性のＳｉ単結晶か
らなる基板上に、ＢＰ系材料からなる緩衝層と、ＢＰ系
材料からなる立方晶のｐ形単結晶層と、立方晶のｐ形Ｉ
ＩＩ族窒化物半導体結晶層と、六方晶のｎ形ＩＩＩ族窒
化物半導体結晶層とを順次形成するＩＩＩ族窒化物半導
体発光素子の製造方法において、前記ｐ形単結晶層を前
記緩衝層の積層温度より高い温度で積層することを特徴
とするＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法であ
る。特に本発明は、前記緩衝層の積層温度を３００℃〜
４００℃とすることが望ましい。また本発明は、前記立
方晶のｐ形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層の積層温度が、
８００℃〜１０００℃であることが望ましい。また本発
明は、前記六方晶のｎ形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層の
積層温度を１０００℃以上とするのが望ましい。
らなる基板上に、ＢＰ系材料からなる緩衝層と、ＢＰ系
材料からなる立方晶のｐ形単結晶層と、立方晶のｐ形Ｉ
ＩＩ族窒化物半導体結晶層と、六方晶のｎ形ＩＩＩ族窒
化物半導体結晶層とを順次形成するＩＩＩ族窒化物半導
体発光素子の製造方法において、前記ｐ形単結晶層を前
記緩衝層の積層温度より高い温度で積層することを特徴
とするＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法であ
る。特に本発明は、前記緩衝層の積層温度を３００℃〜
４００℃とすることが望ましい。また本発明は、前記立
方晶のｐ形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層の積層温度が、
８００℃〜１０００℃であることが望ましい。また本発
明は、前記六方晶のｎ形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層の
積層温度を１０００℃以上とするのが望ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態では、ｐ形Ｓｉ
単結晶を基板としてエピタキシャルウェーハを形成す
る。この場合、結晶面の方位を｛１００｝または｛１１
１｝とする、硼素（Ｂ）が添加されたｐ形のＳｉ単結晶
が基板として利用できる。｛１００｝−Ｓｉ単結晶を基
板とすれば劈開を利用して簡易に個別素子に分割できる
利点がある。また｛１１１｝−Ｓｉ単結晶を基板とすれ
ば、その表面上には密着性に優れるＢＰ系材料からなる
結晶層が形成できる利点がある。
単結晶を基板としてエピタキシャルウェーハを形成す
る。この場合、結晶面の方位を｛１００｝または｛１１
１｝とする、硼素（Ｂ）が添加されたｐ形のＳｉ単結晶
が基板として利用できる。｛１００｝−Ｓｉ単結晶を基
板とすれば劈開を利用して簡易に個別素子に分割できる
利点がある。また｛１１１｝−Ｓｉ単結晶を基板とすれ
ば、その表面上には密着性に優れるＢＰ系材料からなる
結晶層が形成できる利点がある。
【００１０】上記のｐ形Ｓｉ単結晶基板表面上に、先ず
ＢＰ系材料からなる緩衝層を設ける。ＢＰ系材料とは、
少なくとも、硼素（Ｂ）とリン（Ｐ）とを構成元素とし
て含有する材料である。ＢＰ系材料には、リン化硼素
（ＢＰ）の他に、窒化リン化硼素（組成式ＢＰXＮ1-X：
０＜Ｘ＜１）や砒化リン化硼素（組成式ＢＡｓ1-XＮX：
０＜Ｘ＜１）が含まれる。これらのＢＰ系材料からなる
結晶層は、ハロゲン（ｈａｌｏｇｅｎ）またはハイドラ
イド（ｈｙｄｒｉｄｅ）気相成長（ＶＰＥ）法により積
層できる。あるいは有機金属熱分解気相成長（ＭＯＣＶ
Ｄ）法により積層できる。
ＢＰ系材料からなる緩衝層を設ける。ＢＰ系材料とは、
少なくとも、硼素（Ｂ）とリン（Ｐ）とを構成元素とし
て含有する材料である。ＢＰ系材料には、リン化硼素
（ＢＰ）の他に、窒化リン化硼素（組成式ＢＰXＮ1-X：
０＜Ｘ＜１）や砒化リン化硼素（組成式ＢＡｓ1-XＮX：
０＜Ｘ＜１）が含まれる。これらのＢＰ系材料からなる
結晶層は、ハロゲン（ｈａｌｏｇｅｎ）またはハイドラ
イド（ｈｙｄｒｉｄｅ）気相成長（ＶＰＥ）法により積
層できる。あるいは有機金属熱分解気相成長（ＭＯＣＶ
Ｄ）法により積層できる。
【００１１】ＢＰ系材料からなる緩衝層は、アズグロー
ン（ａｓ−ｇｒｏｗｎ）状態で非晶質（ａｍｏｒｐｈｏ
ｕｓ）を主体として構成されているのが最適である。こ
れは例えばＢＰからなる単結晶層とＳｉ単結晶基板との
約１７％に及ぶ大きな格子ミスマッチを効率的に緩和
し、Ｓｉ単結晶基板上にＢＰ系材料からなる緩衝層を介
してＢＰ系材料からなる立方晶のｐ形単結晶層を形成す
るためである。そのためＢＰ系材料からなる緩衝層の積
層温度は、上記の成長法のいずれかによらず３００℃〜
４００℃の低温とするのが好ましい。また上記緩衝層の
層厚は、約５ｎｍから約５０ｎｍ程度が適する。また、
緩衝層の層厚がおよそ１５ｎｍを越える場合は、ｐ形不
純物をドーピングしてｐ伝導形の層となすのが望まし
い。このＢＰ系材料からなる緩衝層は、その上にＢＰ系
材料からなる立方晶のｐ形単結晶層を積層した後は、多
結晶あるいは非晶質からなる層となる。
ン（ａｓ−ｇｒｏｗｎ）状態で非晶質（ａｍｏｒｐｈｏ
ｕｓ）を主体として構成されているのが最適である。こ
れは例えばＢＰからなる単結晶層とＳｉ単結晶基板との
約１７％に及ぶ大きな格子ミスマッチを効率的に緩和
し、Ｓｉ単結晶基板上にＢＰ系材料からなる緩衝層を介
してＢＰ系材料からなる立方晶のｐ形単結晶層を形成す
るためである。そのためＢＰ系材料からなる緩衝層の積
層温度は、上記の成長法のいずれかによらず３００℃〜
４００℃の低温とするのが好ましい。また上記緩衝層の
層厚は、約５ｎｍから約５０ｎｍ程度が適する。また、
緩衝層の層厚がおよそ１５ｎｍを越える場合は、ｐ形不
純物をドーピングしてｐ伝導形の層となすのが望まし
い。このＢＰ系材料からなる緩衝層は、その上にＢＰ系
材料からなる立方晶のｐ形単結晶層を積層した後は、多
結晶あるいは非晶質からなる層となる。
【００１２】ＢＰ系材料からなる立方晶のｐ形単結晶層
は、上記の緩衝層上に接して成長させる。上記の緩衝層
は、Ｓｉ単結晶基板とｐ形単結晶層との格子ミスマッチ
を緩和して、ミスフィット（ｍｉｓｆｉｔ）転位等の結
晶欠陥の密度が小さく結晶性に優れるｐ形単結晶層をも
たらす下地層として作用する。また上記の緩衝層は、そ
の上にＢＰ系材料からなる立方晶のｐ形単結晶層を積層
させるに際し、該ｐ形単結晶層が基板から剥離するのを
抑制する機能層として作用する。Ｓｉ単結晶及びＢＰ系
材料からなるｐ形単結晶層が立方晶の結晶であること
は、その上に立方晶のＩＩＩ族窒化物半導体結晶層を積
層するのに有利に作用し、ＢＰ系材料からなるｐ形単結
晶層に接合させて設けたＩＩＩ族窒化物半導体結晶層
は、閃亜鉛鉱型の立方晶の結晶層となる。
は、上記の緩衝層上に接して成長させる。上記の緩衝層
は、Ｓｉ単結晶基板とｐ形単結晶層との格子ミスマッチ
を緩和して、ミスフィット（ｍｉｓｆｉｔ）転位等の結
晶欠陥の密度が小さく結晶性に優れるｐ形単結晶層をも
たらす下地層として作用する。また上記の緩衝層は、そ
の上にＢＰ系材料からなる立方晶のｐ形単結晶層を積層
させるに際し、該ｐ形単結晶層が基板から剥離するのを
抑制する機能層として作用する。Ｓｉ単結晶及びＢＰ系
材料からなるｐ形単結晶層が立方晶の結晶であること
は、その上に立方晶のＩＩＩ族窒化物半導体結晶層を積
層するのに有利に作用し、ＢＰ系材料からなるｐ形単結
晶層に接合させて設けたＩＩＩ族窒化物半導体結晶層
は、閃亜鉛鉱型の立方晶の結晶層となる。
【００１３】本発明においてはｐ形Ｓｉ単結晶基板上に
上記の緩衝層を介してＢＰ系材料からなるｐ形単結晶層
を設ける。ＢＰ系材料からなるｐ形単結晶層は、三塩化
硼素（ＢＣｌ3）、三塩化リン（ＰＣｌ3）、ジボラン
（Ｂ2Ｈ6）やホスフィン（ＰＨ3）等を原料として上記
の一般的なＶＰＥ法により積層できる。また、トリエチ
ルボラン（（Ｃ2Ｈ5）3Ｂ）やＰＨ3等を原料とするＭＯ
ＣＶＤ法により積層できる。ＢＰ系材料からなる単結晶
層の積層時にｐ形不純物をドーピングすれば、ｐ形の単
結晶層が形成できる。好適なｐ形不純物として亜鉛（Ｚ
ｎ）やマグネシウム（Ｍｇ）が例示できる。ｐ形のキャ
リア濃度としては約５×１０17ｃｍ-3以上で約５×１０
19ｃｍ-3以下であるのが好適である。約５×１０19ｃｍ
-3を越える高キャリア濃度の単結晶層では、総じて表面
の平坦性が損なわれるため、表面の平坦性に優れる層を
その上部に形成するのに不都合となる。
上記の緩衝層を介してＢＰ系材料からなるｐ形単結晶層
を設ける。ＢＰ系材料からなるｐ形単結晶層は、三塩化
硼素（ＢＣｌ3）、三塩化リン（ＰＣｌ3）、ジボラン
（Ｂ2Ｈ6）やホスフィン（ＰＨ3）等を原料として上記
の一般的なＶＰＥ法により積層できる。また、トリエチ
ルボラン（（Ｃ2Ｈ5）3Ｂ）やＰＨ3等を原料とするＭＯ
ＣＶＤ法により積層できる。ＢＰ系材料からなる単結晶
層の積層時にｐ形不純物をドーピングすれば、ｐ形の単
結晶層が形成できる。好適なｐ形不純物として亜鉛（Ｚ
ｎ）やマグネシウム（Ｍｇ）が例示できる。ｐ形のキャ
リア濃度としては約５×１０17ｃｍ-3以上で約５×１０
19ｃｍ-3以下であるのが好適である。約５×１０19ｃｍ
-3を越える高キャリア濃度の単結晶層では、総じて表面
の平坦性が損なわれるため、表面の平坦性に優れる層を
その上部に形成するのに不都合となる。
【００１４】ＢＰ系材料からなるｐ形単結晶層は、上記
のＢＰ系材料からなる緩衝層の場合とは異なり単結晶か
ら形成する。この単結晶層は、積層温度を緩衝層の積層
温度を越える温度とすることによって得られる。例え
ば、（Ｃ2Ｈ5）3ＢとＰＨ3とを原料ガスとして用いＨ2
を雰囲気ガスとする常圧（大気圧）のＭＯＣＶＤ法によ
るｐ形単結晶層の気相成長を例にすれば、単結晶層は積
層温度を約５００℃〜８５０℃とすれば得られる。ま
た、上記のｐ形単結晶層の層厚は約５０ｎｍから約５μ
ｍの範囲とするのが好適である。
のＢＰ系材料からなる緩衝層の場合とは異なり単結晶か
ら形成する。この単結晶層は、積層温度を緩衝層の積層
温度を越える温度とすることによって得られる。例え
ば、（Ｃ2Ｈ5）3ＢとＰＨ3とを原料ガスとして用いＨ2
を雰囲気ガスとする常圧（大気圧）のＭＯＣＶＤ法によ
るｐ形単結晶層の気相成長を例にすれば、単結晶層は積
層温度を約５００℃〜８５０℃とすれば得られる。ま
た、上記のｐ形単結晶層の層厚は約５０ｎｍから約５μ
ｍの範囲とするのが好適である。
【００１５】ここで、例えば閃亜鉛鉱結晶型の立方晶の
ＢＰ結晶の格子定数は４．５３８Åであり、ＩＩＩ族窒
化物半導体のひとつである立方晶の窒化ガリウム（Ｇａ
Ｎ）結晶の格子定数（＝４．５１０Å）と略同等なた
め、両者の格子ミスマッチは小さい。従って立方晶のＢ
Ｐからなる単結晶層の上には、結晶欠陥が少なく結晶性
に優れる立方晶のＧａＮ結晶層が成長できる。このよう
に界面での格子ミスマッチが小さくなるように、ＢＰ系
材料からなる立方晶のｐ形単結晶層と立方晶のｐ形ＩＩ
Ｉ族窒化物半導体結晶層の組成を調整することにより、
ｐ形単結晶層に接して、結晶欠陥が少なく結晶性に優れ
るｐ形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層を形成することが可
能となる。
ＢＰ結晶の格子定数は４．５３８Åであり、ＩＩＩ族窒
化物半導体のひとつである立方晶の窒化ガリウム（Ｇａ
Ｎ）結晶の格子定数（＝４．５１０Å）と略同等なた
め、両者の格子ミスマッチは小さい。従って立方晶のＢ
Ｐからなる単結晶層の上には、結晶欠陥が少なく結晶性
に優れる立方晶のＧａＮ結晶層が成長できる。このよう
に界面での格子ミスマッチが小さくなるように、ＢＰ系
材料からなる立方晶のｐ形単結晶層と立方晶のｐ形ＩＩ
Ｉ族窒化物半導体結晶層の組成を調整することにより、
ｐ形単結晶層に接して、結晶欠陥が少なく結晶性に優れ
るｐ形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層を形成することが可
能となる。
【００１６】一般に立方晶のＩＩＩ族窒化物半導体は、
そのバンド構造からしてｎ形伝導層及びｐ形伝導層が簡
便に形成できる。そのため六方晶のＩＩＩ族窒化物半導
体結晶層に比較して、低抵抗のｐ形ＩＩＩ族窒化物半導
体結晶層が簡便に形成できる。立方晶のｐ形ＩＩＩ族窒
化物半導体結晶層は、積層時に亜鉛（Ｚｎ）或いはマグ
ネシウム（Ｍｇ）等の第ＩＩ族元素、或いは第ＩＶ族元
素の炭素（Ｃ）をドーピングすれば形成できる。立方晶
のｐ形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層を積層するために
は、積層温度を六方晶のＩＩＩ族窒化物半導体結晶層を
積層する場合に比較して低温である８００℃〜１０００
℃とするのが好都合である。本発明に係わる立方晶のｐ
形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層としては、キャリア濃度
が１×１０17ｃｍ-3以上であり、抵抗率が１０オーム・
センチメートル（Ω・ｃｍ）以下であるのが好ましい。
上記のｐ形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層は、上記の気相
成長手段のほかに、分子線エピタキシャル（ＭＢＥ）成
長法によっても形成できる。
そのバンド構造からしてｎ形伝導層及びｐ形伝導層が簡
便に形成できる。そのため六方晶のＩＩＩ族窒化物半導
体結晶層に比較して、低抵抗のｐ形ＩＩＩ族窒化物半導
体結晶層が簡便に形成できる。立方晶のｐ形ＩＩＩ族窒
化物半導体結晶層は、積層時に亜鉛（Ｚｎ）或いはマグ
ネシウム（Ｍｇ）等の第ＩＩ族元素、或いは第ＩＶ族元
素の炭素（Ｃ）をドーピングすれば形成できる。立方晶
のｐ形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層を積層するために
は、積層温度を六方晶のＩＩＩ族窒化物半導体結晶層を
積層する場合に比較して低温である８００℃〜１０００
℃とするのが好都合である。本発明に係わる立方晶のｐ
形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層としては、キャリア濃度
が１×１０17ｃｍ-3以上であり、抵抗率が１０オーム・
センチメートル（Ω・ｃｍ）以下であるのが好ましい。
上記のｐ形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層は、上記の気相
成長手段のほかに、分子線エピタキシャル（ＭＢＥ）成
長法によっても形成できる。
【００１７】立方晶のＢＰ系材料からなるｐ形単結晶層
上に立方晶のＩＩＩ族窒化物半導体結晶層を設ける場合
でも、ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層の層厚が大になると
該結晶層中で六方晶の結晶形態が優勢となる傾向があ
る。極端に層厚を大とするＩＩＩ族窒化物半導体結晶層
は、立方晶と六方晶が混在する結晶層となり、立方晶を
主体とするＩＩＩ族窒化物半導体結晶層が得られなくな
る。従って、立方晶のＩＩＩ族窒化物半導体結晶層を得
るには、層厚を５００ｎｍ以下、好ましくは２００ｎｍ
以下とするのがよい。立方晶のｐ形ＩＩＩ族窒化物半導
体結晶層は、例えばｐｎ接合型ＤＨ構造の発光部をなす
ｐ形クラッド層として利用できる。ｐ形ＩＩＩ族窒化物
半導体結晶層をｐ形クラッド層として利用する場合に
は、キャリアの閉じ込め効果を充分に発揮させるため
に、層厚は１０ｎｍ以上であるのが好ましい。
上に立方晶のＩＩＩ族窒化物半導体結晶層を設ける場合
でも、ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層の層厚が大になると
該結晶層中で六方晶の結晶形態が優勢となる傾向があ
る。極端に層厚を大とするＩＩＩ族窒化物半導体結晶層
は、立方晶と六方晶が混在する結晶層となり、立方晶を
主体とするＩＩＩ族窒化物半導体結晶層が得られなくな
る。従って、立方晶のＩＩＩ族窒化物半導体結晶層を得
るには、層厚を５００ｎｍ以下、好ましくは２００ｎｍ
以下とするのがよい。立方晶のｐ形ＩＩＩ族窒化物半導
体結晶層は、例えばｐｎ接合型ＤＨ構造の発光部をなす
ｐ形クラッド層として利用できる。ｐ形ＩＩＩ族窒化物
半導体結晶層をｐ形クラッド層として利用する場合に
は、キャリアの閉じ込め効果を充分に発揮させるため
に、層厚は１０ｎｍ以上であるのが好ましい。
【００１８】六方晶のＩＩＩ族窒化物半導体結晶層は、
ＶＰＥ法やＭＯＣＶＤ法などの気相成長法により、立方
晶のＩＩＩ族窒化物半導体結晶層上に形成できる。特
に、気相成長手段によらずに、積層温度を立方晶のＩＩ
Ｉ族窒化物半導体結晶層の積層温度より高い１０００℃
以上に設定することにより、六方晶のＩＩＩ族窒化物半
導体結晶層を効率的に形成することができる。但しこの
場合、六方晶のＩＩＩ族窒化物半導体結晶層の積層温度
は、該結晶の昇華の影響が無視できる温度とする。六方
晶のＩＩＩ族窒化物半導体結晶層は、立方晶のＩＩＩ族
窒化物半導体結晶層上に他の層を介して積層してもよ
い。ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層が立方晶か六方晶か
は、一般的なＸ線回折分析法や電子線回折法等に依る回
折パターン（ｐａｔｔｅｒｎ）から判定される。また例
えばＸ線回折法に依れば、Ｘ線回折強度の比率から立方
晶と六方晶との混在比率（重量比率）を知ることができ
る。ここで、立方晶のＩＩＩ族窒化物半導体結晶層また
は六方晶のＩＩＩ族窒化物半導体結晶層とは、それぞれ
立方晶または六方晶を少なくとも８０重量％以上含む、
立方晶または六方晶を主体とする結晶層をいう。
ＶＰＥ法やＭＯＣＶＤ法などの気相成長法により、立方
晶のＩＩＩ族窒化物半導体結晶層上に形成できる。特
に、気相成長手段によらずに、積層温度を立方晶のＩＩ
Ｉ族窒化物半導体結晶層の積層温度より高い１０００℃
以上に設定することにより、六方晶のＩＩＩ族窒化物半
導体結晶層を効率的に形成することができる。但しこの
場合、六方晶のＩＩＩ族窒化物半導体結晶層の積層温度
は、該結晶の昇華の影響が無視できる温度とする。六方
晶のＩＩＩ族窒化物半導体結晶層は、立方晶のＩＩＩ族
窒化物半導体結晶層上に他の層を介して積層してもよ
い。ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層が立方晶か六方晶か
は、一般的なＸ線回折分析法や電子線回折法等に依る回
折パターン（ｐａｔｔｅｒｎ）から判定される。また例
えばＸ線回折法に依れば、Ｘ線回折強度の比率から立方
晶と六方晶との混在比率（重量比率）を知ることができ
る。ここで、立方晶のＩＩＩ族窒化物半導体結晶層また
は六方晶のＩＩＩ族窒化物半導体結晶層とは、それぞれ
立方晶または六方晶を少なくとも８０重量％以上含む、
立方晶または六方晶を主体とする結晶層をいう。
【００１９】ｐｎ接合型ＤＨ構造のｎ形クラッド層は、
立方晶よりも六方晶のｎ形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層
から、より好都合に構成できる。例えば、ウルツ鉱結晶
型（ｗｕｒｔｚｉｔｅ）の六方晶ＧａＮの禁止帯幅は約
３．４エレクトロンボルト（ｅＶ）であり、立方晶のＧ
ａＮの禁止帯幅は約３．２ｅＶである。従って、ｎ形Ｉ
ＩＩ族窒化物半導体結晶層を六方晶結晶から構成すれ
ば、発光層に対してより接合障壁の高く、従ってより効
率的にキャリアの閉じ込め効果を得られるクラッド層が
形成できる利点がある。六方晶のｎ形ＩＩＩ族窒化物半
導体結晶層は、アンドープ（ｕｎｄｏｐｅ）状態でも得
られるが、ｎ形不純物として周知の珪素（Ｓｉ）、硫黄
（Ｓ）やセレン（Ｓｅ）を積層時にｎ形不純物としてド
ーピングすれば、キャリア濃度並びに抵抗率が調整され
たｎ形結晶層を形成できる。ｎ形ＩＩＩ族窒化物半導体
結晶層がクラッド層として適切なキャリア濃度はおよそ
１×１０18ｃｍ-3前後或いはそれ以上である。また層厚
は約５０ｎｍ以上で約５μｍ以下の範囲であるのが望ま
しい。
立方晶よりも六方晶のｎ形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層
から、より好都合に構成できる。例えば、ウルツ鉱結晶
型（ｗｕｒｔｚｉｔｅ）の六方晶ＧａＮの禁止帯幅は約
３．４エレクトロンボルト（ｅＶ）であり、立方晶のＧ
ａＮの禁止帯幅は約３．２ｅＶである。従って、ｎ形Ｉ
ＩＩ族窒化物半導体結晶層を六方晶結晶から構成すれ
ば、発光層に対してより接合障壁の高く、従ってより効
率的にキャリアの閉じ込め効果を得られるクラッド層が
形成できる利点がある。六方晶のｎ形ＩＩＩ族窒化物半
導体結晶層は、アンドープ（ｕｎｄｏｐｅ）状態でも得
られるが、ｎ形不純物として周知の珪素（Ｓｉ）、硫黄
（Ｓ）やセレン（Ｓｅ）を積層時にｎ形不純物としてド
ーピングすれば、キャリア濃度並びに抵抗率が調整され
たｎ形結晶層を形成できる。ｎ形ＩＩＩ族窒化物半導体
結晶層がクラッド層として適切なキャリア濃度はおよそ
１×１０18ｃｍ-3前後或いはそれ以上である。また層厚
は約５０ｎｍ以上で約５μｍ以下の範囲であるのが望ま
しい。
【００２０】本発明に係わるＩＩＩ族窒化物半導体発光
素子は、ｐ形Ｓｉ単結晶基板上にＢＰ系材料からなる緩
衝層及びＢＰ系材料からなるｐ形単結晶層を介して設け
た立方晶のｐ形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層及び六方晶
のｎ形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層を具備し、立方晶の
ｐ形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層及び六方晶のｎ形ＩＩ
Ｉ族窒化物半導体結晶層をｐｎ接合型ＤＨ構造の発光部
に用いたエピタキシャルウェーハから作製する。このエ
ピタキシャルウェーハのｐ形Ｓｉ単結晶基板の裏面にｐ
形オーミック（Ｏｈｍｉｃ）電極を、またウェーハのエ
ピタキシャル層の上にｎ形オーミック電極を各々形成
し、個別素子に分離することによりｎサイドアップ型の
発光素子が作製できる。この場合、ｐ形オーミック電極
は例えばアルミニウム（Ａｌ）または金（Ａｕ）或いは
それらの合金から構成でき、ｎ形ＩＩＩ族窒化物半導体
結晶層へのｎ形オーミック電極は例えばＡｕまたはＡｕ
合金などから構成できる。
素子は、ｐ形Ｓｉ単結晶基板上にＢＰ系材料からなる緩
衝層及びＢＰ系材料からなるｐ形単結晶層を介して設け
た立方晶のｐ形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層及び六方晶
のｎ形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層を具備し、立方晶の
ｐ形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層及び六方晶のｎ形ＩＩ
Ｉ族窒化物半導体結晶層をｐｎ接合型ＤＨ構造の発光部
に用いたエピタキシャルウェーハから作製する。このエ
ピタキシャルウェーハのｐ形Ｓｉ単結晶基板の裏面にｐ
形オーミック（Ｏｈｍｉｃ）電極を、またウェーハのエ
ピタキシャル層の上にｎ形オーミック電極を各々形成
し、個別素子に分離することによりｎサイドアップ型の
発光素子が作製できる。この場合、ｐ形オーミック電極
は例えばアルミニウム（Ａｌ）または金（Ａｕ）或いは
それらの合金から構成でき、ｎ形ＩＩＩ族窒化物半導体
結晶層へのｎ形オーミック電極は例えばＡｕまたはＡｕ
合金などから構成できる。
【００２１】
【作用】本発明のＳｉ単結晶基板上に設けたＢＰ系材料
からなる緩衝層は、その上のＢＰ系材料からなるｐ形単
結晶層とＳｉ単結晶基板との密着性を増強させる作用を
有する。また、Ｓｉ単結晶基板とＢＰ系材料からなるｐ
形単結晶層との格子ミスマッチを緩和して結晶性に優れ
るｐ形単結晶層をもたらす作用を有する。
からなる緩衝層は、その上のＢＰ系材料からなるｐ形単
結晶層とＳｉ単結晶基板との密着性を増強させる作用を
有する。また、Ｓｉ単結晶基板とＢＰ系材料からなるｐ
形単結晶層との格子ミスマッチを緩和して結晶性に優れ
るｐ形単結晶層をもたらす作用を有する。
【００２２】また本発明のＢＰ系材料からなるｐ形単結
晶層と立方晶のｐ形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層との界
面での格子ミスマッチを小さくなるように、ｐ形単結晶
層とｐ形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層の調整することに
より、ｐ形単結晶層の上には、結晶欠陥が少なく結晶性
に優れるｐ形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層を形成するこ
とができる。また立方晶のｐ形単結晶層は、立方晶のｐ
形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層を効率的にもたらす作用
を有する。
晶層と立方晶のｐ形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層との界
面での格子ミスマッチを小さくなるように、ｐ形単結晶
層とｐ形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層の調整することに
より、ｐ形単結晶層の上には、結晶欠陥が少なく結晶性
に優れるｐ形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層を形成するこ
とができる。また立方晶のｐ形単結晶層は、立方晶のｐ
形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層を効率的にもたらす作用
を有する。
【００２３】また本発明では、発光部のｐ形クラッド層
を立方晶のＩＩＩ族窒化物半導体結晶層、ｎ形クラッド
層を六方晶のＩＩＩ族窒化物半導体結晶層で構成するこ
とにより、ｐ形クラッド層の抵抗率が低く、またｎクラ
ッド層のキャリアの閉じ込め効果の大きいｐｎ接合型Ｄ
Ｈ構造の発光部を作製できる。
を立方晶のＩＩＩ族窒化物半導体結晶層、ｎ形クラッド
層を六方晶のＩＩＩ族窒化物半導体結晶層で構成するこ
とにより、ｐ形クラッド層の抵抗率が低く、またｎクラ
ッド層のキャリアの閉じ込め効果の大きいｐｎ接合型Ｄ
Ｈ構造の発光部を作製できる。
【００２４】
【実施例】以下に本発明に係わるＩＩＩ族窒化物半導体
発光素子を、実施例を基に詳細に説明する。図１はｐ形
Ｓｉ単結晶基板を用いＩＩＩ族窒化物半導体層を発光部
とする本実施例に係わるＬＥＤ１００の平面模式図であ
る。また、図２は図１に示すＬＥＤ１００の破線Ａ−
Ａ’に沿った断面模式図である。
発光素子を、実施例を基に詳細に説明する。図１はｐ形
Ｓｉ単結晶基板を用いＩＩＩ族窒化物半導体層を発光部
とする本実施例に係わるＬＥＤ１００の平面模式図であ
る。また、図２は図１に示すＬＥＤ１００の破線Ａ−
Ａ’に沿った断面模式図である。
【００２５】本実施例ではまず、下記（１）〜（６）の
ｐ形のＳｉ単結晶からなる基板１０１、ＢＰからなる緩
衝層１０２、ＢＰからなる立方晶のｐ形単結晶層１０
３、立方晶のｐ形ＧａＮ層１０４、窒化ガリウムインジ
ウムからなる発光層１０５、六方晶のｎ形ＧａＮ層１０
６を備えたエピタキシャルウェーハを作製した。 （１）硼素（Ｂ）をドープしたｐ形の（１００）面を有
するＳｉ単結晶からなる基板１０１。 （２）トリエチルボラン（（Ｃ2Ｈ5）3Ｂ）とホスフィ
ン（ＰＨ3）を原料に用い水素（Ｈ2）を雰囲気ガスとす
る常圧（大気圧）のＭＯＣＶＤ法により、ＰＨ3と（Ｃ2
Ｈ5）3Ｂとの供給比率（Ｖ／ＩＩＩ比率）を約１００に
設定して、３５０℃で成長させた、層厚を約２０ｎｍと
する非晶質のリン化硼素（ＢＰ）からなるＺｎドープで
ｐ形の緩衝層１０２。 （３）ジメチル亜鉛（（Ｃ2Ｈ5）2Ｚｎ）をＺｎのドー
ピング原料とし、上記のＭＯＣＶＤ法により、上記緩衝
層１０２上に約５５０℃で積層された、層厚を約１μｍ
とし、キャリア濃度が約２×１０18ｃｍ-3である立方晶
のＢＰからなるＺｎドープのｐ形単結晶層１０３。 （４）トリメチルガリウム（（ＣＨ3）3Ｇａ）とアンモ
ニア（ＮＨ3）を原料に用いＨ2を雰囲気ガスとする常圧
（大気圧）ＭＯＣＶＤ法により、８８０℃で成長させた
層厚を約５０ｎｍとし、キャリア濃度を約１×１０18ｃ
ｍ-3としたＭｇドープの立方晶のｐ形ＧａＮ層１０４。 （５）（ＣＨ3）3Ｇａとシクロペンタジエニルインジウ
ム（Ｉ）（Ｃ5Ｈ5Ｉｎ（Ｉ））とＮＨ3を原料に用いＨ2
を雰囲気ガスとする常圧のＭＯＣＶＤ法により、８８０
℃で成長させた、平均的なインジウム（Ｉｎ）組成比を
約０．１５とする、Ｉｎ組成を相違する複数の相（ｐｈ
ａｓｅ）からなる多相構造からなり、層厚を約１２ｎｍ
とするｎ形窒化ガリウムインジウム混晶（Ｇａ0.88Ｉｎ
0.12Ｎ）からなる発光層１０５。 （６）（ＣＨ3）3ＧａとＮＨ3を原料に用いＨ2を雰囲気
ガスとする常圧ＭＯＣＶＤ法により１０８０℃で成長さ
せた、層厚を約１．５μｍとしキャリア濃度を約３×１
０17ｃｍ-3とした六方晶のｎ形ＧａＮ層１０６。ＬＥＤ
１００は、上記のエピタキシャルウェーハから作製し
た。ここで、立方晶のｐ形ＧａＮ層１０４と発光層１０
５と六方晶のｎ形ＧａＮ層１０６がＬＥＤ１００のｐｎ
接合型ＤＨ構造の発光部となり、ｐ形ＧａＮ層１０４と
ｎ形ＧａＮ層１０６とがそれぞれｐ形クラッド層、ｎ形
クラッド層に相当する。
ｐ形のＳｉ単結晶からなる基板１０１、ＢＰからなる緩
衝層１０２、ＢＰからなる立方晶のｐ形単結晶層１０
３、立方晶のｐ形ＧａＮ層１０４、窒化ガリウムインジ
ウムからなる発光層１０５、六方晶のｎ形ＧａＮ層１０
６を備えたエピタキシャルウェーハを作製した。 （１）硼素（Ｂ）をドープしたｐ形の（１００）面を有
するＳｉ単結晶からなる基板１０１。 （２）トリエチルボラン（（Ｃ2Ｈ5）3Ｂ）とホスフィ
ン（ＰＨ3）を原料に用い水素（Ｈ2）を雰囲気ガスとす
る常圧（大気圧）のＭＯＣＶＤ法により、ＰＨ3と（Ｃ2
Ｈ5）3Ｂとの供給比率（Ｖ／ＩＩＩ比率）を約１００に
設定して、３５０℃で成長させた、層厚を約２０ｎｍと
する非晶質のリン化硼素（ＢＰ）からなるＺｎドープで
ｐ形の緩衝層１０２。 （３）ジメチル亜鉛（（Ｃ2Ｈ5）2Ｚｎ）をＺｎのドー
ピング原料とし、上記のＭＯＣＶＤ法により、上記緩衝
層１０２上に約５５０℃で積層された、層厚を約１μｍ
とし、キャリア濃度が約２×１０18ｃｍ-3である立方晶
のＢＰからなるＺｎドープのｐ形単結晶層１０３。 （４）トリメチルガリウム（（ＣＨ3）3Ｇａ）とアンモ
ニア（ＮＨ3）を原料に用いＨ2を雰囲気ガスとする常圧
（大気圧）ＭＯＣＶＤ法により、８８０℃で成長させた
層厚を約５０ｎｍとし、キャリア濃度を約１×１０18ｃ
ｍ-3としたＭｇドープの立方晶のｐ形ＧａＮ層１０４。 （５）（ＣＨ3）3Ｇａとシクロペンタジエニルインジウ
ム（Ｉ）（Ｃ5Ｈ5Ｉｎ（Ｉ））とＮＨ3を原料に用いＨ2
を雰囲気ガスとする常圧のＭＯＣＶＤ法により、８８０
℃で成長させた、平均的なインジウム（Ｉｎ）組成比を
約０．１５とする、Ｉｎ組成を相違する複数の相（ｐｈ
ａｓｅ）からなる多相構造からなり、層厚を約１２ｎｍ
とするｎ形窒化ガリウムインジウム混晶（Ｇａ0.88Ｉｎ
0.12Ｎ）からなる発光層１０５。 （６）（ＣＨ3）3ＧａとＮＨ3を原料に用いＨ2を雰囲気
ガスとする常圧ＭＯＣＶＤ法により１０８０℃で成長さ
せた、層厚を約１．５μｍとしキャリア濃度を約３×１
０17ｃｍ-3とした六方晶のｎ形ＧａＮ層１０６。ＬＥＤ
１００は、上記のエピタキシャルウェーハから作製し
た。ここで、立方晶のｐ形ＧａＮ層１０４と発光層１０
５と六方晶のｎ形ＧａＮ層１０６がＬＥＤ１００のｐｎ
接合型ＤＨ構造の発光部となり、ｐ形ＧａＮ層１０４と
ｎ形ＧａＮ層１０６とがそれぞれｐ形クラッド層、ｎ形
クラッド層に相当する。
【００２６】このエピタキシャルウェーハを透過型電子
顕微鏡（ＴＥＭ）法を利用した断面ＴＥＭ法及びＸ線回
折法で解析した結果、ｐ形ＧａＮ層１０４は閃亜鉛鉱型
の立方晶に起因する回折を示した。またｐ形ＧａＮ層１
０４は、上記の如くキャリア（正孔）濃度が高く、且
つ、抵抗率を約１Ω・ｃｍとする低抵抗の結晶層となっ
た。
顕微鏡（ＴＥＭ）法を利用した断面ＴＥＭ法及びＸ線回
折法で解析した結果、ｐ形ＧａＮ層１０４は閃亜鉛鉱型
の立方晶に起因する回折を示した。またｐ形ＧａＮ層１
０４は、上記の如くキャリア（正孔）濃度が高く、且
つ、抵抗率を約１Ω・ｃｍとする低抵抗の結晶層となっ
た。
【００２７】ＬＥＤ１００は、周知のフォトリソグラフ
ィー（写真食刻）技術を利用して、上記のエピタキシャ
ルウェーハに次のｎ形およびｐ形のオーミック（Ｏｈｍ
ｉｃ）電極１０７、１０８を形成して作製した。 （７）最表面のｎ形ＧａＮ層１０６上に形成した、金
（Ａｕ）からなる直径を約１３０μｍとする円形のｎ形
オーミック電極１０７。 （８）Ｓｉ単結晶基板１０１の裏面の略全面に形成した
アルミニウム（Ａｌ）からなるｐ形オーミック電極１０
８。次に、基板１０１のＳｉ単結晶の［１１０］方向の
劈開性を利用して、オーミック電極１０７、１０８が形
成されたエピタキシャルウェーハを、一般的なスクライ
ブ手段により個別素子（チップ）に分割した。チップの
平面形状は一辺を約３５０μｍとする正方形とした。
ィー（写真食刻）技術を利用して、上記のエピタキシャ
ルウェーハに次のｎ形およびｐ形のオーミック（Ｏｈｍ
ｉｃ）電極１０７、１０８を形成して作製した。 （７）最表面のｎ形ＧａＮ層１０６上に形成した、金
（Ａｕ）からなる直径を約１３０μｍとする円形のｎ形
オーミック電極１０７。 （８）Ｓｉ単結晶基板１０１の裏面の略全面に形成した
アルミニウム（Ａｌ）からなるｐ形オーミック電極１０
８。次に、基板１０１のＳｉ単結晶の［１１０］方向の
劈開性を利用して、オーミック電極１０７、１０８が形
成されたエピタキシャルウェーハを、一般的なスクライ
ブ手段により個別素子（チップ）に分割した。チップの
平面形状は一辺を約３５０μｍとする正方形とした。
【００２８】ｎ形およびｐ形オーミック電極１０７、１
０８の間に順方向に動作電流を流通し、ＬＥＤ１００を
発光させて次の発光特性を得た。 （ａ）発光波長＝４６０ｎｍ （ｂ）発光輝度＝１．０カンデラ（ｃｄ） （ｃ）順方向電圧＝３．６ボルト（Ｖ）（ただし順方向
電流＝２０ｍＡとする） （ｄ）逆方向電圧＝２０Ｖ以上（ただし逆方向電流＝１
０μＡ） 特に本実施例では、ｐ形ＧａＮ層１０４を立方晶のＢＰ
からなるｐ形単結晶層１０３に接合させて設けたため、
上記のように低抵抗の立方晶の結晶層とすることがで
き、その結果ＬＥＤ１００では順方向電圧を従来のＬＥ
Ｄより低下させることができた。
０８の間に順方向に動作電流を流通し、ＬＥＤ１００を
発光させて次の発光特性を得た。 （ａ）発光波長＝４６０ｎｍ （ｂ）発光輝度＝１．０カンデラ（ｃｄ） （ｃ）順方向電圧＝３．６ボルト（Ｖ）（ただし順方向
電流＝２０ｍＡとする） （ｄ）逆方向電圧＝２０Ｖ以上（ただし逆方向電流＝１
０μＡ） 特に本実施例では、ｐ形ＧａＮ層１０４を立方晶のＢＰ
からなるｐ形単結晶層１０３に接合させて設けたため、
上記のように低抵抗の立方晶の結晶層とすることがで
き、その結果ＬＥＤ１００では順方向電圧を従来のＬＥ
Ｄより低下させることができた。
【００２９】
【発明の効果】本発明によれば、ｐ形Ｓｉ単結晶基板上
に、閃亜鉛鉱結晶型のＢＰ系材料からなる単結晶層に接
合させて、立方晶のｐ形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層を
形成するため、ｐ形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層が低抵
抗となり易い。また、六方晶のｎ形ＩＩＩ族窒化物半導
体結晶層からｐｎ接合型ダブルヘテロ（ＤＨ）接合構造
の発光部のｎ形クラッド層を形成できるため、高輝度の
ｎサイドアップ型のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子が作
製できる。
に、閃亜鉛鉱結晶型のＢＰ系材料からなる単結晶層に接
合させて、立方晶のｐ形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層を
形成するため、ｐ形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層が低抵
抗となり易い。また、六方晶のｎ形ＩＩＩ族窒化物半導
体結晶層からｐｎ接合型ダブルヘテロ（ＤＨ）接合構造
の発光部のｎ形クラッド層を形成できるため、高輝度の
ｎサイドアップ型のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子が作
製できる。
【図１】本発明の実施例にかかわるＬＥＤの平面模式図
である。
である。
【図２】図１に示すＬＥＤの破線Ａ−Ａ’に沿った断面
模式図である。
模式図である。
１００ ＬＥＤ １０１ 基板 １０２ 緩衝層 １０３ Ｐ形単結晶層 １０４ ｐ形ＧａＮ層 １０５ 発光層 １０６ ｎ形ＧａＮ層 １０７ ｎ形オーミック電極 １０８ ｐ形オーミック電極
フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G077 AA03 BE06 BE42 DB05 DB08 EB01 ED06 EF03 HA02 5F041 AA40 CA33 CA34 CA40 CA53 CA57 CA64 CA65 5F045 AA03 AA04 AB09 AB14 AB15 AC01 AC02 AC07 AC08 AC09 AC12 AD07 AD08 AD12 AD13 AD14 AD15 AD16 AD17 AD18 AE29 AF03 BB12 BB16 CA10 CA12 DA53 5F073 CA07 CB04 CB07 CB22 DA04 DA05
Claims (8)
- 【請求項１】ｐ形導電性の珪素（Ｓｉ）単結晶からなる
基板と、該基板上に設けられた、リン化硼素（ＢＰ）系
材料からなる緩衝層と、該緩衝層上に接して設けられ
た、ＢＰ系材料からなる立方晶のｐ形単結晶層と、該ｐ
形単結晶層に接して設けられた立方晶のｐ形ＩＩＩ族窒
化物半導体結晶層と、該ｐ形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶
層上に設けられた六方晶のｎ形ＩＩＩ族窒化物半導体結
晶層とを具備するＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。 - 【請求項２】前記ｐ形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層の層
厚が１０ナノメータ（ｎｍ）以上で５００ｎｍ以下であ
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】前記ｐ形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層のド
ーパントが亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）または
炭素（Ｃ）であることを特徴とする請求項１または２に
記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。 - 【請求項４】前記立方晶のｐ形ＩＩＩ族窒化物半導体結
晶層及び六方晶のｎ形ＩＩＩ族窒化物半導体結晶層を発
光部に用いることを特徴とする請求項１乃至３に記載の
ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。 - 【請求項５】ｐ形導電性のＳｉ単結晶からなる基板上
に、ＢＰ系材料からなる緩衝層と、ＢＰ系材料からなる
立方晶のｐ形単結晶層と、立方晶のｐ形ＩＩＩ族窒化物
半導体結晶層と、六方晶のｎ形ＩＩＩ族窒化物半導体結
晶層とを順次形成するＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の
製造方法において、前記ｐ形単結晶層を前記緩衝層の積
層温度より高い温度で積層することを特徴とするＩＩＩ
族窒化物半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項６】前記緩衝層の積層温度を３００℃〜４００
℃とすることを特徴とする請求項５に記載のＩＩＩ族窒
化物半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項７】前記立方晶のｐ形ＩＩＩ族窒化物半導体結
晶層の積層温度が、８００℃〜１０００℃であることを
特徴とする請求項５または６に記載のＩＩＩ族窒化物半
導体発光素子の製造方法。 - 【請求項８】前記六方晶のｎ形ＩＩＩ族窒化物半導体結
晶層の積層温度が、１０００℃以上であることを特徴と
する請求項５乃至７に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光
素子の製造方法。
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| JP2000121370A JP4374720B2 (ja) | 2000-04-21 | 2000-04-21 | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子及びその製造方法 |
| TW90109518A TW541709B (en) | 2000-04-21 | 2001-04-20 | III group nitride semiconductor luminescent element with the product method |
| US09/838,338 US6531716B2 (en) | 2000-04-21 | 2001-04-20 | Group-III nitride semiconductor light-emitting device and manufacturing method for the same |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP2000121370A JP4374720B2 (ja) | 2000-04-21 | 2000-04-21 | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子及びその製造方法 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001308381A true JP2001308381A (ja) | 2001-11-02 |
| JP2001308381A5 JP2001308381A5 (ja) | 2007-05-17 |
| JP4374720B2 JP4374720B2 (ja) | 2009-12-02 |
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| JP2000121370A Expired - Fee Related JP4374720B2 (ja) | 2000-04-21 | 2000-04-21 | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子及びその製造方法 |
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| TW (1) | TW541709B (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6831293B2 (en) * | 2002-03-19 | 2004-12-14 | Showa Denko Kabushiki Kaisha | P-n junction-type compound semiconductor light-emitting device, production method thereof, lamp and light source |
| CN100350643C (zh) * | 2004-03-29 | 2007-11-21 | 晶元光电股份有限公司 | 具有欧姆金属凸块的有机粘结发光元件 |
| CN100355096C (zh) * | 2003-09-23 | 2007-12-12 | 晶元光电股份有限公司 | 具有热吸收层的发光元件的制造方法 |
| US8076694B2 (en) | 2005-05-02 | 2011-12-13 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor element having a silicon substrate and a current passing region |
| US8134176B2 (en) | 2005-07-28 | 2012-03-13 | Showa Denko K.K. | Light-emitting diode and light-emitting diode lamp |
| JP2014114210A (ja) * | 2008-12-12 | 2014-06-26 | Soraa Inc | ゲッターによる多結晶グループｉｉｉの金属窒化物および作製方法 |
| JP2014517506A (ja) * | 2011-04-18 | 2014-07-17 | レイセオン カンパニー | Ｉｖ族またはｉｖ−ｉｖ族材料上のｉｉｉ−ｖ族材料に関する界面電荷を予防する核形成層を有する半導体構造 |
| CN113540294A (zh) * | 2021-05-28 | 2021-10-22 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 低欧姆接触紫外发光二极管外延片的制备方法 |
-
2000
- 2000-04-21 JP JP2000121370A patent/JP4374720B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2001
- 2001-04-20 TW TW90109518A patent/TW541709B/zh not_active IP Right Cessation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6831293B2 (en) * | 2002-03-19 | 2004-12-14 | Showa Denko Kabushiki Kaisha | P-n junction-type compound semiconductor light-emitting device, production method thereof, lamp and light source |
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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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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW541709B (en) | 2003-07-11 |
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