JP2002314128A - Iii-v compound semiconductor - Google Patents
Iii-v compound semiconductorInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は発光素子用3−5族
化合物半導体に関する。The present invention relates to a Group 3-5 compound semiconductor for a light emitting device.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、紫外、青、緑色領域の発光ダイオ
ード(以下、LEDと記すことがある。)又は紫外、
青、緑色領域のレーザダイオード等の発光素子の材料と
して、一般式Inx Gay Alz N(ただし、x+y+
z=1、0<x≦1、0≦y<1、0≦z<1)で表さ
れる3−5族化合物半導体が知られている。とくに、発
光層が該化合物半導体からなり、該発光層がこれよりバ
ンドギャップの大きい2つの同一又は異なる一般式In
u Gav Alw N(ただし、u+v+w=1、0≦u≦
1、0≦v≦1、0≦w≦1)で表される3−5族化合
物半導体からなる層により接して挟まれている構造のも
のは、いわゆるダブルヘテロ構造と呼ばれるもので、高
効率の発光素子として重要である。2. Description of the Related Art Conventionally, light emitting diodes in the ultraviolet, blue, and green regions (hereinafter, may be referred to as LEDs) or ultraviolet,
Blue, as a material for the light emitting element of the laser diode or the like in a green region, the general formula In x Ga y Al z N (provided that, x + y +
Group 3-5 compound semiconductors represented by z = 1, 0 <x ≦ 1, 0 ≦ y <1, 0 ≦ z <1) are known. In particular, the light-emitting layer is made of the compound semiconductor, and the light-emitting layer is formed of two identical or different general formulas In having a larger band gap.
u Ga v Al w N (However, u + v + w = 1,0 ≦ u ≦
1, 0 ≦ v ≦ 1, 0 ≦ w ≦ 1), a structure sandwiched and sandwiched by a layer made of a group 3-5 compound semiconductor is a so-called double hetero structure, and has a high efficiency. Is important as a light emitting element.
【0003】該3−5族化合物半導体の製造方法として
は、分子線エピタキシー(以下、MBEと記すことがあ
る。)法、有機金属気相成長(以下、MOVPEと記す
ことがある。)法、ハイドライド気相成長(以下、HV
PEと記すことがある。)法などが挙げられる。中でも
MOVPE法は一般にMBE法やHVPE法に比べて大
面積で均一な層形成を行なうことができるため重要であ
る。[0003] As a method for producing the Group 3-5 compound semiconductor, a molecular beam epitaxy (hereinafter sometimes referred to as MBE) method, a metalorganic vapor phase epitaxy (hereinafter sometimes referred to as MOVPE) method, and the like. Hydride vapor phase epitaxy (hereinafter HV)
Sometimes referred to as PE. ) Method. Above all, the MOVPE method is important because it can generally form a uniform layer with a large area as compared with the MBE method or the HVPE method.
【0004】また、GaAs、InP等の化合物半導体
のMOVPE法では、成長圧力を下げることで成長した
エピタキシャル膜のウエファ面内での均一性を向上で
き、さらに多数枚を一度に成長する場合にはウエファ間
での均一性も向上できることが知られている。In the MOVPE method for compound semiconductors such as GaAs and InP, the uniformity of the epitaxial film grown on the wafer surface can be improved by lowering the growth pressure. It is known that the uniformity between wafers can be improved.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、発光
素子用の均一性に優れた3−5族化合物半導体を生産性
高く製造する方法を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for producing a group 3-5 compound semiconductor having excellent uniformity for a light emitting device with high productivity.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、該3−5
族化合物半導体の成長条件について種々検討の結果、該
化合物半導体の成長時の圧力及び層厚を特定の範囲内に
することで、該化合物半導体の結晶性を損なうことなく
高品質で均一な薄膜が得られることを見いだし、本発明
に至った。Means for Solving the Problems The present inventors have proposed the 3-5
As a result of various investigations on the growth conditions of group compound semiconductors, a high-quality uniform thin film without impairing the crystallinity of the compound semiconductor is obtained by setting the pressure and the layer thickness during the growth of the compound semiconductor in specific ranges. The inventors have found that the present invention has been achieved, and have reached the present invention.
【0007】即ち、本発明は(1)有機金属気相成長法
による積層構造を有する3−5族化合物半導体であっ
て、一般式Inx Gay Alz N(ただし、x+y+z
=1、0<x≦1、0≦y<1、0≦z<1)で表され
る発光層が、該発光層よりバンドギャップの大きな同一
又は異なる一般式Inu Gav Alw N(ただし、u+
v+w=1、0≦u≦1、0≦v≦1、0≦w≦1)で
表される2つの層により挟まれて配置され、かつ該発光
層が0.001気圧以上0.5気圧以下の圧力下で5Å
以上500Å以下の膜厚に成長されてなることを特徴と
する発光素子用3−5族化合物半導体に係るものであ
る。また、本発明は(2)発光層が、500℃以上85
0℃以下の温度で成長され、かつ発光層の成長速度R
(Å/分)が、下式(1) 5/(y+z)≦R≦250/(y+z) (1) を満たす範囲内で成長されてなる(1)記載の化合物半
導体に係るものである。Namely, the present invention is a group III-V compound semiconductor having a stacked structure according to (1) metal organic chemical vapor deposition, the general formula In x Ga y Al z N (provided that, x + y + z
= 1, 0 <emitting layer represented by x ≦ 1,0 ≦ y <1,0 ≦ z <1) is large the same or different formula band gap than the light-emitting layer In u Ga v Al w N ( Where u +
v + w = 1, 0 ≦ u ≦ 1, 0 ≦ v ≦ 1, 0 ≦ w ≦ 1), and the light emitting layer is disposed between 0.001 atm and 0.5 atm. 5Å under the following pressure
The present invention relates to a Group 3-5 compound semiconductor for a light emitting element, which is grown to a thickness of at least 500 ° or less. Further, the present invention provides (2) a method in which the light-emitting layer has a temperature of
Growth at a temperature of 0 ° C. or less and a growth rate R of the light emitting layer
(Å / min) relates to the compound semiconductor according to (1), which is grown within a range satisfying the following formula (1): 5 / (y + z) ≦ R ≦ 250 / (y + z) (1)
【0008】また、本発明は(3)発光層に含まれるS
i、Ge、Cd、Zn及びMgの各元素の濃度が、いず
れも1019cm-3以下である(1)又は(2)記載の化
合物半導体に係るものである。更に、本発明は(4)2
つの層が、それぞれ同一又は異なる一般式Gaa Al b
N(ただし、a+b=1、0≦a≦1、0≦b≦1)で
表されることを特徴とする(1)、(2)又は(3)記
載の化合物半導体に係るものである。次に、本発明を詳
細に説明する。Further, the present invention relates to (3) S contained in the light emitting layer.
The concentration of each element of i, Ge, Cd, Zn and Mg is
Also 1019cm-3The following (1) or (2):
It relates to a compound semiconductor. Further, the present invention provides (4) 2
Two layers each having the same or different general formula Gaa Al b
N (where a + b = 1, 0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1)
(1), (2) or (3)
The compound semiconductor described above. Next, the present invention will be described in detail.
This will be described in detail.
【0009】[0009]
【発明の実施の形態】一般に該3−5族化合物半導体の
結晶成長用基板としては、サファイア、ZnO、GaA
s、Si、SiC、NdGaO3 (NGO)、MgAl
2 O4 (マグネシアスピネル)等が用いられる。とくに
サファイアは透明であり、また大面積の高品質の結晶が
得られるため重要である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In general, sapphire, ZnO, GaAs
s, Si, SiC, NdGaO 3 (NGO), MgAl
2 O 4 (magnesia spinel) or the like is used. Sapphire is particularly important because it is transparent and a large-area high-quality crystal can be obtained.
【0010】MOVPE法の場合、以下のような原料を
用いることができる。即ち、3族原料としては、トリメ
チルガリウム[(CH3 )3 Ga、以下TMGと記すこ
とがある。]、トリエチルガリウム[(C2 H5 )3 G
a、以下TEGと記すことがある。]等の一般式R1 R
2 R3 Ga(ここでR1 、R2 、R3は低級アルキル基
を示す。)で表されるトリアルキルガリウム;トリメチ
ルアルミニウム[(CH3 )3 Al]、トリエチルアル
ミニウム[(C2 H5 )3 Al、以下TEAと記すこと
がある。]、トリイソブチルアルミニウム[(i−C4
H9 )3 Al]等の一般式R1 R2 R3 Al(ここでR
1 、R2 、R3 は前記の定義と同じである。)で表され
るトリアルキルアルミニウム;トリメチルアミンアラン
[(CH3 )3 N:AlH3 ];トリメチルインジウム
[(CH3 )3 In、以下TMIと記すことがあ
る。]、トリエチルインジウム[(C2 H5 )3In]
等の一般式R1 R2 R3 In(ここでR1 、R2 、R3
は前記の定義と同じである。)で表されるトリアルキル
インジウム等が挙げられる。これらは単独で又は混合し
て用いられる。In the case of the MOVPE method, the following raw materials can be used. That is, as a Group 3 raw material, trimethylgallium [(CH 3 ) 3 Ga, hereinafter referred to as “TMG” may be used. ], Triethyl gallium [(C 2 H 5) 3 G
a, may be referred to as TEG hereinafter. General formula R 1 R such as
2 R 3 Ga (wherein R 1, R 2, R 3 is a lower alkyl group.) Trialkyl gallium represented by: trimethyl aluminum [(CH 3) 3 Al] , triethylaluminum [(C 2 H 5 ) 3 Al, sometimes referred to as TEA hereinafter. ], Triisobutylaluminum [(i-C 4
H 9 ) 3 Al], etc., where R 1 R 2 R 3 Al (where R
1 , R 2 and R 3 are the same as defined above. ); Trimethylamine alane [(CH 3 ) 3 N: AlH 3 ]; trimethyl indium [(CH 3 ) 3 In; ], Triethylindium [(C 2 H 5 ) 3 In]
R 1 R 2 R 3 In (where R 1 , R 2 , R 3
Is the same as defined above. And the like. These may be used alone or as a mixture.
【0011】次に、5族原料としては、アンモニア、ヒ
ドラジン、メチルヒドラジン、1、1−ジメチルヒドラ
ジン、1、2−ジメチルヒドラジン、t−ブチルアミ
ン、エチレンジアミンなどが挙げられる。これらは単独
で又は混合して用いられる。これらの原料のうち、アン
モニアとヒドラジンは分子中に炭素原子を含まないた
め、半導体中への炭素の汚染が少なく好適である。[0011] Examples of Group V raw materials include ammonia, hydrazine, methylhydrazine, 1,1-dimethylhydrazine, 1,2-dimethylhydrazine, t-butylamine, ethylenediamine and the like. These may be used alone or as a mixture. Among these raw materials, ammonia and hydrazine do not contain a carbon atom in the molecule, so that the contamination of the semiconductor with carbon is small and suitable.
【0012】該3−5族化合物半導体のp型ドーパント
としては、2族元素が好ましい。具体的にはMg、Z
n、Cd、Hg、Beが挙げられるが、このなかでは低
抵抗のp型のものがつくりやすいMgが好ましい。Mg
ドーパントの原料としては、ビスシクロペンタジエニル
マグネシウム、ビスメチルシクロペンタジエニルマグネ
シウム、ビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウ
ム、ビスn−プロピルシクロペンタジエニルマグネシウ
ム、ビス−i−プロピルシクロペンタジエニルマグネシ
ウム等の一般式(RC5 H4 )2 Mg(ただし、Rは水
素又は炭素数1以上4以下のアルキル基を示す。)で表
される有機金属化合物が適当な蒸気圧を有するために好
適である。As the p-type dopant of the Group 3-5 compound semiconductor, a Group 2 element is preferable. Specifically, Mg, Z
Among them, n, Cd, Hg, and Be can be mentioned, and among these, Mg, which is easy to form a low-resistance p-type, is preferable. Mg
Raw materials for the dopant include biscyclopentadienyl magnesium, bismethylcyclopentadienyl magnesium, bisethylcyclopentadienyl magnesium, bis-n-propylcyclopentadienyl magnesium, bis-i-propylcyclopentadienyl magnesium, and the like. The organic metal compound represented by the general formula (RC 5 H 4 ) 2 Mg (where R represents hydrogen or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms) is suitable because it has an appropriate vapor pressure. .
【0013】該3−5族化合物半導体のn型ドーパント
としては、4族元素と6族元素が好ましい。具体的には
Si、Ge、Oが挙げられるが、この中では低抵抗のn
型がつくりやすく、原料純度の高いものが得られるSi
が好ましい。Siドーパントの原料としては、シラン
(SiH4 )、ジシラン(Si2 H6 )などが好適であ
る。As the n-type dopant of the Group 3-5 compound semiconductor, a Group 4 element and a Group 6 element are preferable. Specific examples include Si, Ge, and O, and among these, low-resistance n
Si that can be easily molded and has high raw material purity
Is preferred. As a raw material of the Si dopant, silane (SiH 4 ), disilane (Si 2 H 6 ) and the like are preferable.
【0014】次に、本発明の3−5族化合物半導体の製
造方法について更に詳細に説明する。本発明の3−5族
化合物半導体の製造方法において、該3−5族化合物半
導体は積層構造を有し、該積層構造として、一般式In
x Gay Alz N(ただし、x+y+z=1、0<x≦
1、0≦y<1、0≦z<1)で表される発光層が、該
発光層よりバンドギャップの大きな2つの層により挟ま
れて配置されてなるものである。更に、該2つの層が、
それぞれ同一又は異なる一般式Inu Gav Alw N
(ただし、u+v+w=1、0≦u≦1、0≦v≦1、
0≦w≦1)で表されるものである。Next, the method for producing a Group 3-5 compound semiconductor of the present invention will be described in more detail. In the method for producing a Group 3-5 compound semiconductor of the present invention, the Group 3-5 compound semiconductor has a laminated structure, and the laminated structure has a general formula In
x Ga y Al z N (provided that, x + y + z = 1,0 <x ≦
A light emitting layer represented by 1, 0 ≦ y <1, 0 ≦ z <1) is disposed between two layers having a larger band gap than the light emitting layer. Further, the two layers
The same or different formula In u Ga v Al w N
(However, u + v + w = 1, 0 ≦ u ≦ 1, 0 ≦ v ≦ 1,
0 ≦ w ≦ 1).
【0015】更に、該発光層の層厚は5Å以上500Å
以下である。更に好ましい層厚の範囲は5Å以上100
Å以下であり、特に好ましくは5Å以上90Å以下であ
る。層厚が5Åより小さいと発光層として充分に機能し
ないので好ましくなく、層厚が500Åを超えると低い
温度で成長した場合、結晶性が低下するので好ましくな
い。また、発光層の層厚を小さくすることで、電荷を高
密度に発光層に閉じ込めることができるため、発光効率
を向上させることができる。なお、5Å以上500Å以
下程度の層厚に関しては、次のようにして求める。ま
ず、発光層を成長させようとする条件と成長時間以外は
同一の条件で更に長い時間成長させて得られた厚い発光
層の層厚(例えば2000Å)を2次イオン質量分析法
により測定し、該層厚を該成長時間で除して該条件にお
ける成長速度を求める。次に、5Å以上500Å以下の
所定の層厚の発光層を成長させるには、該所定の層厚を
該成長速度で除して成長時間を求め、前記の発光層を成
長させようとする条件で該成長時間だけ成長させること
により、所定の層厚の発光層を得る。Further, the light emitting layer has a thickness of 5 to 500 °.
It is as follows. A more preferred range of the layer thickness is 5 to 100.
Å or less, particularly preferably 5 ° or more and 90 ° or less. When the layer thickness is less than 5 °, the layer does not function sufficiently as a light emitting layer, which is not preferable. When the layer thickness exceeds 500 °, the crystallinity is deteriorated when grown at a low temperature, which is not preferable. In addition, by reducing the thickness of the light-emitting layer, charges can be confined in the light-emitting layer with high density, so that light emission efficiency can be improved. The layer thickness of about 5 ° to 500 ° is obtained as follows. First, a layer thickness (for example, 2000 °) of a thick light-emitting layer obtained by growing the light-emitting layer under the same conditions except for the conditions for growing the light-emitting layer and the growth time is measured by secondary ion mass spectrometry. The layer thickness is divided by the growth time to determine the growth rate under the conditions. Next, in order to grow a light emitting layer having a predetermined layer thickness of 5 ° to 500 °, the predetermined layer thickness is divided by the growth rate to obtain a growth time, and conditions for growing the light emitting layer are set. Then, a light emitting layer having a predetermined thickness is obtained by growing the substrate for the growth time.
【0016】とくに本発明でいう該2つの層として、I
nを含まないそれぞれ同一又は異なる一般式Gaa Al
b N(ただし、a+b=1、0≦a≦1、0≦b≦1)
で表されるものが結晶性が高いので好ましい。発光層即
ち活性層に接する層に電気伝導性を持たせるためには該
2つの層に不純物のドーピングを行ない、n型半導体層
とp型半導体層とをそれぞれ形成する。該ドーピングに
より、該2つの層の結晶性が低下し、その結果発光効率
の低下を起こすことがある。このような場合には、活性
層とドーピングを行なう層の間に本発明でいう該2つの
層として不純物濃度の低い層を設けることで、発光効率
を向上できることがある。また、発光層でのInNの混
晶比が高い場合、熱的な安定性が充分でなく、結晶成長
中、又は半導体プロセスで劣化を起こす場合がある。こ
のような発光層の劣化を防止する目的のために発光層の
次に成長する層、即ち本発明でいう該2つの層の1つに
保護機能を持たせることができる。該層(以下、保護層
ということがある。)に充分な保護機能をもたせるため
には、該保護層のInNの混晶比は10%以下、AlN
の混晶比は5%以上が好ましい。更に好ましくはInN
混晶比が5%以下、AlN混晶比が10%以上である。
また、該保護層に充分な保護機能を持たせるためには、
該保護層の層厚は10Å以上1μm以下が好ましく、更
に好ましくは、50Å以上5000Å以下である。該保
護層の層厚が10Åより小さいと充分な効果が得られな
い場合があるので好ましくない。また、1μmより大き
い場合には発光効率が減少する場合があるので好ましく
ない。In particular, as the two layers referred to in the present invention, I
same or different general formula Ga a Al not containing n
b N (however, a + b = 1, 0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1)
Is preferred because of high crystallinity. In order to impart electrical conductivity to the light emitting layer, that is, the layer in contact with the active layer, the two layers are doped with impurities to form an n-type semiconductor layer and a p-type semiconductor layer, respectively. The doping may reduce the crystallinity of the two layers, resulting in a reduction in luminous efficiency. In such a case, luminous efficiency may be improved by providing a layer having a low impurity concentration as the two layers in the present invention between the active layer and the layer to be doped. Further, when the mixed crystal ratio of InN in the light emitting layer is high, thermal stability is not sufficient, and deterioration may occur during crystal growth or in a semiconductor process. For the purpose of preventing such deterioration of the light emitting layer, a layer grown next to the light emitting layer, that is, one of the two layers according to the present invention can have a protective function. In order to provide a sufficient protective function to the layer (hereinafter, sometimes referred to as a protective layer), the protective layer must have an InN mixed crystal ratio of 10% or less and an AlN
Is preferably 5% or more. More preferably, InN
The mixed crystal ratio is 5% or less, and the AlN mixed crystal ratio is 10% or more.
In order to provide the protective layer with a sufficient protective function,
The layer thickness of the protective layer is preferably from 10 to 1 μm, more preferably from 50 to 5000 °. If the thickness of the protective layer is less than 10 °, a sufficient effect may not be obtained in some cases. On the other hand, if it is larger than 1 μm, the luminous efficiency may decrease, which is not preferable.
【0017】本発明においては、少なくとも該発光層の
成長時の圧力としては0.001気圧以上0.5気圧以
下であり、更に好ましい成長時の圧力の範囲は0.01
気圧以上0.4気圧以下である。該成長圧力が0.5気
圧より大きい場合には、3−5族化合物半導体として充
分な均一性を得ることができないので好ましくない。ま
た、該成長圧力を0.001気圧より小さくすると、本
発明の効果が顕著でなくなり、更に該化合物半導体の結
晶性が充分でなくなる場合があるので好ましくない。In the present invention, at least the pressure during the growth of the light-emitting layer is from 0.001 atm to 0.5 atm, and a more preferable pressure range during the growth is 0.01 atm.
It is not less than atmospheric pressure and not more than 0.4 atm. When the growth pressure is higher than 0.5 atm, it is not preferable because sufficient uniformity cannot be obtained as a Group 3-5 compound semiconductor. On the other hand, if the growth pressure is lower than 0.001 atm, the effect of the present invention becomes inconspicuous, and furthermore, the crystallinity of the compound semiconductor may become insufficient, which is not preferable.
【0018】本発明において、キャリアガスとしては、
水素、窒素、アルゴン、ヘリウム等のガスを単独で又は
混合して用いることができる。ただし、水素をキャリア
ガス中に含む場合、高いInN混晶比の該化合物半導体
を成長すると充分な結晶性が得られない場合がある。こ
のような場合には、キャリアガス中の水素分圧を低くす
ることが好ましく、具体的には、キャリアガス中の水素
の分圧を、0.1気圧以下にすることが好ましい。ここ
で、一般式Inx Gay Alz N(ただし、x+y+z
=1、0<x≦1、0≦y<1、0≦z<1)で表され
る3−5族化合物半導体において、xの値を指して、I
nN混晶比がxであると記すことがある。y、zの値に
ついても、同様にしてそれぞれGaN混晶比、AlN混
晶比の表現で記すことがある。これらのキャリアガス
は、適宜使い分けることができる。動粘係数が大きく対
流を起こしにくいという点では、水素とヘリウムが挙げ
られる。ただし、ヘリウムは他のガスに比べて高価であ
り、また水素を用いた場合には、前述のように該化合物
半導体の結晶性が充分でない場合がある。窒素及びアル
ゴンは比較的安価であるため、大量にキャリアガスを使
用する場合には好適に用いることができる。In the present invention, the carrier gas includes
Gases such as hydrogen, nitrogen, argon, and helium can be used alone or in combination. However, when hydrogen is contained in the carrier gas, sufficient crystallinity may not be obtained when the compound semiconductor having a high InN mixed crystal ratio is grown. In such a case, the partial pressure of hydrogen in the carrier gas is preferably reduced, and specifically, the partial pressure of hydrogen in the carrier gas is preferably 0.1 atm or less. Here, the general formula In x Ga y Al z N (provided that, x + y + z
= 1, 0 <x ≦ 1, 0 ≦ y <1, 0 ≦ z <1).
The nN mixed crystal ratio may be described as x. Similarly, the values of y and z may be similarly expressed in terms of the GaN mixed crystal ratio and the AlN mixed crystal ratio. These carrier gases can be properly used. Hydrogen and helium are mentioned in that they have a large kinematic viscosity and are unlikely to cause convection. However, helium is more expensive than other gases, and when hydrogen is used, the crystallinity of the compound semiconductor may not be sufficient as described above. Since nitrogen and argon are relatively inexpensive, they can be suitably used when a large amount of carrier gas is used.
【0019】該化合物半導体を成長する際、Inの取り
込み効率はGa又はAlに比べてかなり小さいため、目
標とするInN混晶比に比べてIn原料は一般に過剰に
加える必要がある。成長圧力を下げるに従い、Inの取
り込み効率は更に下がる傾向がある。一方、成長温度を
下げるに従い、Inの取り込み効率が上がる傾向があ
る。したがって、該化合物半導体中のInN混晶比を制
御するためには、原料供給比、成長圧力及び成長温度
を、原料供給能力、結晶性等の点を考慮しながら決定す
ることができる。When the compound semiconductor is grown, the efficiency of taking in In is considerably smaller than that of Ga or Al. Therefore, it is generally necessary to add an In material in excess of a target InN mixed crystal ratio. As the growth pressure is lowered, the efficiency of In incorporation tends to further decrease. On the other hand, as the growth temperature is lowered, the incorporation efficiency of In tends to increase. Therefore, in order to control the InN mixed crystal ratio in the compound semiconductor, the material supply ratio, the growth pressure, and the growth temperature can be determined in consideration of the material supply capacity, crystallinity, and the like.
【0020】本発明において、化合物半導体の成長温度
の好ましい範囲は、500℃以上850℃以下である。
該成長温度が500℃より低い場合には、成長した層の
結晶性が充分でない場合があるので好ましくない。85
0℃より高い場合には、In混晶比の制御が困難な場合
があるので好ましくない。本発明において、発光層の成
長速度の好ましい範囲は、成長速度R(Å/分)が、下
式(1) 5/(y+z)≦R≦250/(y+z) (1) で表される範囲である。成長速度がこの範囲より大きい
場合、得られる発光層の結晶性が充分でない場合があ
る、即ち、発光素子を形成した場合、充分な発光特性を
示さない場合があるので好ましくない。また、成長速度
がこの範囲より小さい場合、成長に時間がかかりすぎ実
用的でないのであまり好ましくない。ここで、該成長速
度に関しては、次のようにして求める。まず、発光層を
成長させようとする条件と成長時間以外は同一の条件で
更に長い時間成長させて得られた厚い発光層の層厚(例
えば2000Å)を2次イオン質量分析法により測定
し、該層厚を該成長時間で除して該条件における成長速
度を求める。これをもって、前記の成長時間以外は同一
の条件で5Å以上500Å以下の発光層を成長させたと
きの成長速度とする。In the present invention, a preferable range of the growth temperature of the compound semiconductor is 500 ° C. or more and 850 ° C. or less.
If the growth temperature is lower than 500 ° C., the crystallinity of the grown layer may not be sufficient, which is not preferable. 85
If the temperature is higher than 0 ° C., it may be difficult to control the In mixed crystal ratio, which is not preferable. In the present invention, a preferable range of the growth rate of the light emitting layer is a range where the growth rate R (Å / min) is represented by the following formula (1): 5 / (y + z) ≦ R ≦ 250 / (y + z) (1) It is. If the growth rate is higher than this range, the resulting light-emitting layer may not have sufficient crystallinity, that is, if a light-emitting element is formed, it may not exhibit sufficient light-emitting characteristics, which is not preferable. On the other hand, when the growth rate is smaller than this range, the growth takes too much time and is not practical, so that it is not preferable. Here, the growth rate is obtained as follows. First, a layer thickness (for example, 2000 °) of a thick light-emitting layer obtained by growing the light-emitting layer under the same conditions except for the conditions for growing the light-emitting layer and the growth time is measured by secondary ion mass spectrometry. The layer thickness is divided by the growth time to determine the growth rate under the conditions. With this, the growth rate is obtained when the light emitting layer of 5 ° to 500 ° is grown under the same conditions except for the above growth time.
【0021】本発明において用いる化合物半導体の成長
装置としては、通常の公知の成長装置を用いることがで
きる。具体例を図1、図2及び図3に示す。図1は基板
をサセプタ上に水平に配置し、上方から原料ガスを供給
するものである。図2は、基板をサセプタ上に水平に配
置し、側方から原料ガスを供給し、上方から原料ガスを
基板に押しつけるガスを供給するものである。図3は、
サセプタ上に基板を斜に配置し、側方から原料ガスを供
給するものである。図1、図2及び図3の例において、
原料ガスが供給される方向は厳密に上又は水平方向から
である必要はなく、基板上に充分な量の原料ガスが到達
するものであればよい。同様に、図1、図2においても
基板の配置の方向は厳密に水平である必要はない。As a compound semiconductor growth apparatus used in the present invention, a general known growth apparatus can be used. Specific examples are shown in FIGS. 1, 2 and 3. In FIG. 1, a substrate is horizontally arranged on a susceptor and a source gas is supplied from above. In FIG. 2, a substrate is horizontally arranged on a susceptor, a source gas is supplied from the side, and a gas for pressing the source gas against the substrate is supplied from above. FIG.
The substrate is arranged obliquely on the susceptor and the source gas is supplied from the side. In the examples of FIGS. 1, 2 and 3,
The direction in which the source gas is supplied need not be strictly upward or from the horizontal direction, but may be any direction in which a sufficient amount of the source gas reaches the substrate. Similarly, in FIGS. 1 and 2, the orientation of the substrate need not be strictly horizontal.
【0022】図1、図2及び図3の例では、基板又はサ
セプタは周囲よりも温度が高いため、原料及びキャリア
ガスが加熱されて対流を起こす場合がある。反応炉内に
対流がある場合、原料ガスの反応炉内の滞留時間が長く
なり、急峻な層構造が作製されにくくなる傾向がある。
このような場合、基板を下向きに配置することで対流を
抑制することができる場合がある。具体的には、図1、
図2及び図3の構造の上下を逆転させた構造が挙げられ
る。In the examples shown in FIGS. 1, 2 and 3, since the temperature of the substrate or the susceptor is higher than the surroundings, the raw material and the carrier gas may be heated to cause convection. When there is convection in the reactor, the residence time of the raw material gas in the reactor tends to be long, and it tends to be difficult to form a steep layer structure.
In such a case, convection may be able to be suppressed by arranging the substrate downward. Specifically, FIG.
A structure in which the structure shown in FIGS. 2 and 3 is turned upside down is exemplified.
【0023】図1、図2及び図3の例は、基板を1枚処
理する装置の例であるが、このほか、多数枚を一度に処
理できる反応炉として、基板を平面上に多数枚配置する
構造のもの、又はバレル型とよばれる多角錐状サセプタ
の側面に基板を配置する構造のものなどを用いることが
できる。とくに、多数枚を一度に成長する装置において
は、該化合物半導体の成長により生じたサセプタ上への
堆積物が、次の成長において良好な成長を阻害する場合
がある。このような場合には、成長前に塩化水素ガス等
を用いて反応炉をクリーニングすることで良好な成長を
行なうことができる。図1、図2及び図3の例では、原
料ガスは1本の供給管から供給されているが、原料同士
が反応炉に到達する前に反応し、良質な結晶成長を妨げ
る場合がある。このような場合には、該反応を起こす原
料を別々の配管で反応炉まで導き、反応炉直前、又は反
応炉内で混合することが好ましい。The examples shown in FIGS. 1, 2 and 3 are examples of an apparatus for processing a single substrate. In addition, as a reaction furnace capable of processing a large number of substrates at a time, a large number of substrates are arranged on a plane. Or a structure in which a substrate is arranged on the side surface of a polygonal susceptor called a barrel type. In particular, in an apparatus for growing a large number of wafers at once, a deposit on the susceptor generated by the growth of the compound semiconductor may hinder favorable growth in the next growth. In such a case, good growth can be achieved by cleaning the reactor using hydrogen chloride gas or the like before growth. In the examples of FIGS. 1, 2 and 3, the raw material gas is supplied from one supply pipe, but the raw materials react with each other before reaching the reaction furnace, and may hinder high-quality crystal growth. In such a case, it is preferable that the raw materials causing the reaction are led to the reaction furnace through separate pipes and mixed immediately before or in the reaction furnace.
【0024】次に、本発明により得られた化合物半導体
を用いた発光素子について説明する。図4に該化合物半
導体を用いた発光素子の例を示す。発光層5に接する、
層4と層6に互いに異なる伝導性を持たせることで、ダ
ブルヘテロ構造の発光素子となる。成長の容易さから、
発光層を成長する直前又は更にそれより前に成長された
層、即ち発光層の下側に位置する層をn型とするのが一
般的である。また、発光層の成長後、成長中断を行なう
ことで、均一性に優れた発光効率の高い発光素子の半導
体基板を製造できる。Next, a light emitting device using the compound semiconductor obtained by the present invention will be described. FIG. 4 shows an example of a light-emitting element using the compound semiconductor. In contact with the light emitting layer 5,
When the layers 4 and 6 have different conductivity, a light emitting element having a double hetero structure is obtained. Because of the ease of growth,
Generally, a layer grown immediately before or further before the light emitting layer, that is, a layer located below the light emitting layer is made to be n-type. In addition, by interrupting the growth after the growth of the light emitting layer, a semiconductor substrate of a light emitting element having excellent uniformity and high luminous efficiency can be manufactured.
【0025】図4は単一の層を発光層とした例である
が、発光層として機能する層は複数の層からなる層であ
ってもよい。具体的に複数の層からなる層が発光層とし
て機能する例としては、2つ以上の発光層がこれよりバ
ンドギャップの大きい層と積層されている構造が挙げら
れる。FIG. 4 shows an example in which a single layer is used as a light emitting layer. However, a layer functioning as a light emitting layer may be a layer composed of a plurality of layers. Specifically, an example in which a layer including a plurality of layers functions as a light-emitting layer includes a structure in which two or more light-emitting layers are stacked with a layer having a larger band gap.
【0026】発光層がAlを含む場合、酸素等の不純物
を取り込みやすいので、発光層として用いると、発光効
率が下がることがある。このような場合には、発光層と
してはAlを含まない一般式Inx Gay N(ただし、
x+y=1、0<x≦1、0≦y<1)で表されるもの
を利用することができる。When the light-emitting layer contains Al, impurities such as oxygen are easily taken in. Therefore, when the light-emitting layer is used as the light-emitting layer, the light-emitting efficiency may be reduced. In such a case, as the light-emitting layer does not contain Al general formula In x Ga y N (where
x + y = 1, 0 <x ≦ 1, 0 ≦ y <1) can be used.
【0027】発光層に不純物をドープすることで、発光
層のバンドギャップとは異なる波長で発光させることが
できる。これは不純物からの発光であるため、不純物発
光とよばれる。不純物発光の場合、発光波長は発光層の
3族元素の組成と不純物元素により決まる。この場合、
発光層のInN混晶比は5%以上が好ましい。InN混
晶比が5%より小さい場合、発光する光はほとんど紫外
線であり、充分な明るさを感じることができないのであ
まり好ましくない。In混晶比を増やすにつれて発光波
長が長くなり、発光波長を紫から青、緑へと調整でき
る。By doping the light emitting layer with an impurity, light can be emitted at a wavelength different from the band gap of the light emitting layer. Since this is light emission from an impurity, it is called impurity light emission. In the case of impurity emission, the emission wavelength is determined by the composition of the group 3 element and the impurity element in the light emitting layer. in this case,
The InN mixed crystal ratio of the light emitting layer is preferably 5% or more. If the InN mixed crystal ratio is less than 5%, the emitted light is almost ultraviolet light, and it is not preferable because sufficient brightness cannot be sensed. The emission wavelength becomes longer as the In mixed crystal ratio increases, and the emission wavelength can be adjusted from purple to blue and green.
【0028】不純物発光に適した不純物としては、2族
元素が好ましい。2族元素のなかでは、Mg、Zn、C
dをドープした場合、発光効率が高いので好適である。
とくにZnが好ましい。これらの元素の濃度は、1018
〜1022cm-3が好ましい。発光層はこれらの2族元素
とともにSi又はGeを同時にドープしてもよい。S
i、Geの好ましい濃度範囲は1018〜1022cm-3で
ある。As an impurity suitable for impurity emission, a Group 2 element is preferable. Among the group II elements, Mg, Zn, C
Doping with d is preferable because of high luminous efficiency.
Particularly, Zn is preferable. The concentration of these elements is 10 18
It is preferably from 10 to 10 22 cm -3 . The light emitting layer may be simultaneously doped with Si or Ge together with these Group 2 elements. S
The preferred concentration range of i and Ge is 10 18 to 10 22 cm -3 .
【0029】不純物発光の場合、一般に発光スペクトル
がブロードになり、また注入電荷量が増すにつれて発光
スペクトルがシフトする場合がある。このため、高い色
純度が要求される場合や狭い波長範囲に発光パワーを集
中させることが必要な場合、バンド端発光を利用する方
が有利である。バンド端発光による発光素子を実現する
ためには、発光層に含まれる不純物の量を低く抑えなけ
ればならない。具体的には、Si、Ge、Mg、Cd及
びZnの各元素について、いずれもその濃度が1019c
m-3以下が好ましく、更に好ましくは1018cm-3以下
である。In the case of impurity light emission, the light emission spectrum generally becomes broad, and the light emission spectrum may shift as the amount of injected charges increases. Therefore, when high color purity is required or when it is necessary to concentrate light emission power in a narrow wavelength range, it is more advantageous to use band edge emission. In order to realize a light-emitting element using band-edge light emission, the amount of impurities contained in the light-emitting layer must be kept low. Specifically, the concentration of each element of Si, Ge, Mg, Cd and Zn is 10 19 c
It is preferably at most m −3, more preferably at most 10 18 cm −3 .
【0030】バンド端発光の場合、発光色は発光層の3
族元素の組成で決まる。可視部で発光させる場合、In
N混晶比は10%以上が好ましい。InN混晶比が10
%より小さい場合、発光する光はほとんど紫外線であ
り、充分な明るさを感じることができないので好ましく
ない。InN混晶比が増えるにつれて発光波長が長くな
るので、発光波長を紫から青、緑へと調整できる。In the case of band edge emission, the emission color is 3
Determined by the composition of the group elements. When emitting light in the visible part, In
The N mixed crystal ratio is preferably 10% or more. InN mixed crystal ratio of 10
%, The emitted light is almost ultraviolet light, and it is not preferable because sufficient brightness cannot be sensed. Since the emission wavelength becomes longer as the InN mixed crystal ratio increases, the emission wavelength can be adjusted from purple to blue and green.
【0031】[0031]
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細
に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。 実施例1 MOVPE法により図5に示す構造の3−5族化合物半
導体を作製し、フォトルミネッセンス(以下、PLと記
すことがある。)により発光状態の面内分布を測定し
た。用いた成長装置は、図1に示した構造のものであ
る。サファイア基板7として25mm×25mmのサフ
ァイアC面を鏡面研磨したものを有機洗浄して用いた。
成長は低温成長バッファ層としてGaNを用いる2段階
成長法を用いた。1/8気圧で厚みが約300Åのバッ
ファ層8、約2.5μmのGaN層9を水素をキャリア
ガスとして成長した。EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto. Example 1 A Group 3-5 compound semiconductor having the structure shown in FIG. 5 was manufactured by the MOVPE method, and the in-plane distribution of the light emitting state was measured by photoluminescence (hereinafter, sometimes referred to as PL). The growth apparatus used has the structure shown in FIG. A sapphire substrate 7 having a 25 mm × 25 mm sapphire C surface mirror-polished was used after organic cleaning.
For growth, a two-step growth method using GaN as a low-temperature growth buffer layer was used. A buffer layer 8 having a thickness of about 300 ° at 1/8 atm and a GaN layer 9 having a thickness of about 2.5 μm were grown using hydrogen as a carrier gas.
【0032】次に基板温度を750℃、キャリアガスを
窒素とし、キャリアガス、TEG、TMI及びアンモニ
アをそれぞれ4slm、0.04sccm、0.6sc
cm、4slm供給して、発光層であるIn0.3 Ga
0.7 N層5を70秒間成長した。成長中断工程として窒
素とアンモニアだけを供給する状態を5分間保持した
後、さらに同じ温度にてTEG、TEA及びアンモニア
をそれぞれ0.032sccm、0.008sccm、
4slm供給して、Ga0.8 Al0.2 N層10を10分
間成長した。ただしslm及びsccmとは気体の流量
の単位で1slmは1分当たり、標準状態で1リットル
の体積を占める重量の気体が流れていることを示し、1
000sccmは1slmに相当する。Next, the substrate temperature was 750 ° C., the carrier gas was nitrogen, and the carrier gas, TEG, TMI and ammonia were respectively 4 slm, 0.04 sccm and 0.6 sc
cm, 4 slm to supply In 0.3 Ga
A 0.7N layer 5 was grown for 70 seconds. After maintaining the state of supplying only nitrogen and ammonia for 5 minutes as a growth interruption step, TEG, TEA and ammonia were further added at the same temperature at 0.032 sccm and 0.008 sccm, respectively.
By supplying 4 slm, a Ga 0.8 Al 0.2 N layer 10 was grown for 10 minutes. Here, slm and sccm are units of gas flow rate, and 1 slm indicates that a gas weighing 1 liter in a standard state flows per minute.
000 sccm corresponds to 1 slm.
【0033】なおこの層5と層10の層厚に関しては、
同一の条件でより長い時間成長した層の厚さから求めた
成長速度がそれぞれ43Å/分、30Å/分であるの
で、上記成長時間から求められる層厚はそれぞれ50
Å、300Åと計算できる。以上により作製した3−5
族化合物半導体試料を、He−Cdレーザの325nm
の発光を励起光源として、室温でのPL測定を行ったと
ころ、周辺5mmを除く基板面内の全面で、ピーク波長
が5000Å付近の強い発光が認められた。図6に典型
的なPLスペクトルを示す。The thicknesses of the layers 5 and 10 are as follows.
The growth rates obtained from the thicknesses of the layers grown for a longer time under the same conditions are 43 ° / min and 30 ° / min, respectively.
{, 300} can be calculated. 3-5 prepared above
Group compound semiconductor samples were prepared using He-Cd laser at 325 nm.
When PL measurement was performed at room temperature using the luminescence of Example 1 as an excitation light source, strong luminescence with a peak wavelength of about 5000 ° was observed over the entire surface of the substrate except for the surrounding area of 5 mm. FIG. 6 shows a typical PL spectrum.
【0034】実施例2 1気圧、水素キャリア中で厚みが約300Åのバッファ
層8、約2.5μmのGaN層9を成長した。次に反応
炉圧力を0.5気圧、基板温度を785℃、キャリアガ
スを窒素とし、In0.3 Ga0.7 N層5を50Å成長し
た。成長中断として窒素とアンモニアだけを供給する状
態を5分間保持した後、さらに同じ温度にてGa0.8 A
l0.2 N層10を300Å成長した。以上により作製し
た3−5族化合物半導体試料を、実施例1と同様にし
て、室温でのPL測定を行ったところ、周辺5mmを除
く基板面内の全面で、実施例1と同様の強い発光が認め
られた。Example 2 A buffer layer 8 having a thickness of about 300 ° and a GaN layer 9 having a thickness of about 2.5 μm were grown in a hydrogen carrier at 1 atm. Next, an In 0.3 Ga 0.7 N layer 5 was grown at 50 ° using a reactor pressure of 0.5 atm, a substrate temperature of 785 ° C., and a carrier gas of nitrogen. After maintaining the state of supplying only nitrogen and ammonia for 5 minutes as a growth interruption, Ga 0.8 A was further added at the same temperature.
An l 0.2 N layer 10 was grown at 300 °. When the PL measurement at room temperature was performed on the Group 3-5 compound semiconductor sample prepared as described above at room temperature in the same manner as in Example 1, the strong light emission similar to that of Example 1 was obtained over the entire surface of the substrate except for the peripheral area of 5 mm. Was observed.
【0035】実施例3 実施例2と同様にして、図5に示す構造の化合物半導体
を、層5と層10を1/8気圧、成長温度を785℃、
750℃、725℃、700℃の各温度で成長した4つ
の試料を作製した。ただし、各試料について、層5と層
10の原料供給量は実施例1と同じにした。いずれの試
料も実施例2と同様に、強いPLを示した。表1に各温
度で成長した試料のPLスペクトルのピーク波長を示
す。Example 3 In the same manner as in Example 2, a compound semiconductor having the structure shown in FIG.
Four samples grown at 750 ° C., 725 ° C., and 700 ° C. were prepared. However, the supply amounts of the raw materials for the layers 5 and 10 were the same as in Example 1 for each sample. Each sample showed a strong PL as in Example 2. Table 1 shows the peak wavelength of the PL spectrum of the sample grown at each temperature.
【0036】[0036]
【表1】 発光層の成長温度(℃) 700 725 750 785 PLスヘ゜クトルのヒ゜ーク波長(nm) 5150 5200 4600 4150 表1から分かるように、成長温度を下げるにしたがい、
PLピーク波長が長くなっており、成長温度の低下に伴
い、層5におけるInの濃度が増加していることが分か
る。また、層5と層10を700℃で成長した試料につ
いて、窒素及びアンモニアを等量含む雰囲気中1/8気
圧で、1100℃10分間熱処理したが、PLスペクト
ルは、熱処理の前後で変化しなかった。Table 1 Growth temperature of light emitting layer (° C.) 700 725 750 785 Peak wavelength of PL spectrum (nm) 5150 5200 4600 4150 As can be seen from Table 1, as the growth temperature is lowered,
It can be seen that the PL peak wavelength is longer, and the concentration of In in the layer 5 is increasing with a decrease in the growth temperature. The sample in which the layers 5 and 10 were grown at 700 ° C. was heat-treated at 1100 ° C. for 10 minutes at 8 atmospheric pressure in an atmosphere containing equal amounts of nitrogen and ammonia, but the PL spectrum did not change before and after the heat treatment. Was.
【0037】比較例1 1気圧、785℃で層5と10を成長したことを除いて
は実施例2と同様にして図5の構造の化合物半導体を作
製した。実施例1と同様にしてPLスペクトルを測定し
たところ、中心部では実施例2と同様に強い発光が認め
られたが、発光の強い部分は中心部から半径5mmの範
囲に限られ、これより外側では、発光波長が次第に短く
なり、基板の周辺から5mmの部分ではPLスペクトル
のピーク波長は4400Åであった。Comparative Example 1 A compound semiconductor having the structure shown in FIG. 5 was produced in the same manner as in Example 2 except that the layers 5 and 10 were grown at 1 atm and 785 ° C. When a PL spectrum was measured in the same manner as in Example 1, strong light emission was observed at the center as in Example 2. However, the portion where light emission was strong was limited to a range of a radius of 5 mm from the center. Then, the emission wavelength gradually became shorter, and the peak wavelength of the PL spectrum was 4400 ° at a portion 5 mm from the periphery of the substrate.
【0038】実施例4 成長速度を225Å/分としてIn0.2 Ga0.8 Nを5
0Å成長したことを除いては実施例1と同様にして、図
5に示す構造の試料を作製した。実施例1と同様にして
PLスペクトルを評価したところ、強い青色発光が観察
された。得られたPLスペクトルを図7に示す。Example 4 In 0.2 Ga 0.8 N was added at a growth rate of 225 ° / min.
A sample having the structure shown in FIG. 5 was produced in the same manner as in Example 1 except that the growth was 0 °. When the PL spectrum was evaluated in the same manner as in Example 1, strong blue light emission was observed. FIG. 7 shows the obtained PL spectrum.
【0039】比較例2 成長速度が325Å/分のIn0.15Ga0.85Nを50Å
成長したことを除いては実施例1と同様にして、図5に
示す構造の試料を作製した。実施例1と同様にしてスペ
クトルを評価したところ、青い発光は得られたものの、
発光強度は実施例1のものに比べて1/10以下であっ
た。Comparative Example 2 In 0.15 Ga 0.85 N with a growth rate of 325 ° / min.
A sample having the structure shown in FIG. 5 was produced in the same manner as in Example 1 except that the sample was grown. When the spectrum was evaluated in the same manner as in Example 1, although blue emission was obtained,
The light emission intensity was 1/10 or less as compared with that of Example 1.
【0040】実施例5 実施例1と同様にして図5に示す該化合物半導体を作製
した後、アンモニアと窒素を供給しながら1100℃以
上に基板を昇温し、MgをドープしたGaNを成長す
る。こうして作製した該化合物半導体を1気圧の窒素中
800℃でアニールし、Mgをドープした層を低抵抗の
p型層とする。こうして、発光波長、発光強度の均一性
に優れた発光素子用3−5族化合物半導体エピタキシャ
ル基板が得られる。Example 5 After producing the compound semiconductor shown in FIG. 5 in the same manner as in Example 1, the substrate was heated to 1100 ° C. or more while supplying ammonia and nitrogen, and GaN doped with Mg was grown. . The compound semiconductor thus manufactured is annealed at 800 ° C. in nitrogen at 1 atm, and the layer doped with Mg is made into a low-resistance p-type layer. Thus, a Group 3-5 compound semiconductor epitaxial substrate for a light emitting device having excellent uniformity of emission wavelength and emission intensity is obtained.
【0041】[0041]
【発明の効果】本発明により、均一性に極めて優れた3
−5族化合物半導体を生産性よく作製することができ、
得られた3−5族化合物半導体を用いることにより発光
状態の均一な発光素子を作製できるため、本発明はきわ
めて有用であり工業的価値が大きい。According to the present invention, 3 excellent in uniformity can be obtained.
Group-V compound semiconductors can be manufactured with high productivity;
Since a light-emitting element having a uniform light-emitting state can be manufactured by using the obtained Group 3-5 compound semiconductor, the present invention is extremely useful and has great industrial value.
【図1】本発明に用いられる反応炉の1例の概略の構造
を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a schematic structure of an example of a reaction furnace used in the present invention.
【図2】本発明に用いられる反応炉の1例の概略の構造
を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a schematic structure of an example of a reaction furnace used in the present invention.
【図3】本発明に用いられる反応炉の1例の概略の構造
を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a schematic structure of an example of a reaction furnace used in the present invention.
【図4】本発明により作製できる3−5族化合物半導体
を用いた発光素子の構造の1例を示す図。FIG. 4 illustrates an example of a structure of a light-emitting element using a Group 3-5 compound semiconductor that can be manufactured according to the present invention.
【図5】実施例1において作製した3−5族化合物半導
体の構造を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a structure of a Group 3-5 compound semiconductor manufactured in Example 1.
【図6】実施例1において作製した3−5化合物半導体
のPLスペクトルを示す図。FIG. 6 is a view showing a PL spectrum of the 3-5 compound semiconductor manufactured in Example 1.
【図7】実施例4において作製した3−5化合物半導体
のPLスペクトルを示す図。FIG. 7 is a view showing a PL spectrum of a 3-5 compound semiconductor manufactured in Example 4.
1...反応炉 2...基板 3...サセプタ 4...n型層 5...In0.3 Ga0.7 N層 6...p型層 7...サファイア基板 8...バッファ層 9...GaN層 10...Ga0.8 Al0.2 N層1. . . Reactor 2. . . Substrate 3. . . Susceptor . . n-type layer 5. . . 5. In 0.3 Ga 0.7 N layer . . p-type layer 7. . . Sapphire substrate 8. . . Buffer layer 9. . . GaN layer 10. . . Ga 0.8 Al 0.2 N layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小野 善伸 茨城県つくば市北原6 住友化学工業株式 会社内 Fターム(参考) 5F041 AA03 AA05 AA40 CA04 CA40 CA49 CA53 CA57 CA58 CA65 CB36 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Yoshinobu Ono 6 Kitahara, Tsukuba, Ibaraki F-term (reference) 5F041 AA03 AA05 AA40 CA04 CA40 CA49 CA53 CA57 CA58 CA65 CB36
Claims (5)
る3−5族化合物半導体であって、一般式Inx Gay
Alz N(ただし、x+y+z=1、0<x≦1、0≦
y<1、0≦z<1)で表される発光層が、該発光層よ
りバンドギャップの大きな同一又は異なる一般式Inu
Gav Alw N(ただし、u+v+w=1、0≦u≦
1、0≦v≦1、0≦w≦1)で表される2つの層によ
り挟まれて配置され、かつ該発光層が0.001気圧以
上0.5気圧以下の圧力下で5Å以上500Å以下の膜
厚に成長されてなることを特徴とする発光素子用3−5
族化合物半導体。1. A group III-V compound semiconductor having a stacked structure by a metal organic chemical vapor deposition method, the general formula an In x Ga y
Al z N (however, x + y + z = 1, 0 <x ≦ 1, 0 ≦
The light emitting layer represented by y <1, 0 ≦ z <1) has the same or different general formula In u having a larger band gap than the light emitting layer.
Ga v Al w N (However, u + v + w = 1,0 ≦ u ≦
1, 0 ≦ v ≦ 1, 0 ≦ w ≦ 1), and the light emitting layer is 5 ° to 500 ° under a pressure of 0.001 to 0.5 atm. 3-5 for a light emitting element, which is grown to the following film thickness:
Group compound semiconductor.
ることを特徴とする請求項1記載の化合物半導体。2. The compound semiconductor according to claim 1, wherein the light emitting layer has a thickness of 5 ° to 90 °.
度で、かつ発光層の成長速度R(Å/分)が、下式
(1) 5/(y+z)≦R≦250/(y+z) (1) を満たす範囲内で成長されてなることを特徴とする請求
項1または2記載の化合物半導体。3. The light-emitting layer has a temperature of 500 ° C. or more and 850 ° C. or less, and the growth rate R (Å / min) of the light-emitting layer is expressed by the following formula (1): 5 / (y + z) ≦ R ≦ 250 / (y + z) 3. The compound semiconductor according to claim 1, wherein the compound semiconductor is grown within a range satisfying (1).
及びMgの各元素の濃度が、いずれも1019cm-3以下
であることを特徴とする請求項1〜3いずれかに記載の
化合物半導体。4. A light emitting layer containing Si, Ge, Cd, and Zn.
And the concentration of each element of Mg is, the compound semiconductor according to any one of claims 1-3, wherein the both is 10 19 cm -3 or less.
式Gaa Alb N(ただし、a+b=1、0≦a≦1、
0≦b≦1)で表されることを特徴とする請求項1〜4
いずれかに記載の化合物半導体。5. The two layers each having the same or different general formula Ga a Al b N (where a + b = 1, 0 ≦ a ≦ 1,
5. The method of claim 1, wherein 0 ≦ b ≦ 1).
The compound semiconductor according to any one of the above.
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- 2002-03-20 JP JP2002078347A patent/JP2002314128A/en not_active Withdrawn
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