JP2003037287A - 発光素子 - Google Patents
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Abstract
得ることができる発光素子を提供する。 【解決手段】 発光素子1は、シリコン基板5と、シリ
コン基板5上に形成され、ガリウムとインジウムとを含
む窒化アルミニウム層6と、窒化アルミニウム層6上に
形成され、ガリウムとインジウムとを含む反応源供給層
7と、反応源供給層7上に形成された発光機能層8とを
備えている。シリコン基板5は、その上面が(111)
結晶面のジャスト基板が用いられている。
Description
詳しくは、窒化ガリウム系化合物半導体を用いた発光素
子に関する。
Ga1−x−yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+
y≦1)等の窒化ガリウム系化合物半導体を用いると、
紫外から緑色までの波長帯の光を発光できることから、
窒化ガリウム系化合物半導体を用いた発光素子が近年注
目されている。このような発光素子は、一般に、サファ
イアまたはシリコンカーバイドから形成された基板上
に、窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光機能層を
積層し、基板をダイシング、スクライビング、または劈
開することにより形成されている。
から形成された基板は硬質であるため、ダイシング等を
容易に行うことができず、発光素子の生産性が悪くなっ
てしまうという問題があった。また、サファイアやシリ
コンカーバイドから形成された基板は高価であり、材料
コスト面からも問題があった。
シリコンカーバイドではなく、シリコンによって構成
し、シリコン基板上に窒化ガリウム系化合物半導体から
なる発光機能層を積層して、発光素子を製造する試みが
なされている。
基板にシリコン基板を用い、このシリコン基板上に、ガ
リウム砒素(GaAs)、インジウムリン(InP)、
アルミニウム砒素(AlAs)のような有極性半導体を
ヘテロエピタキシャル成長させると、シリコン基板上に
ゲルマニウム(Ge)等の無極性半導体をヘテロエピタ
キシャル成長させる場合と異なり、アンチフェイズドメ
イン(APD)が発生するおそれがある。アンチフェイ
ズドメインが発生すると、半導体の諸特性が劣化してし
まうことから、アンチフェイズドメインを抑制する様々
な方法が検討されている。
例えば、特開平5−275297号公報には、シリコン
基板をジャスト面から2方向以上に3度〜5度傾斜させ
て、GaAsをエピタキシャル成長させる技術が開示さ
れている。また、特開平5−326401号公報には、
微傾斜させた基板上にGaAsを成長させるように、オ
フしたシリコン基板上にGaAsをエピタキシャル成長
させることにより、無極性基板上に有極性の半導体を成
長させる技術が開示されている。ここで、オフしたシリ
コン基板とは、結晶の特定の結晶面をある方向に傾斜さ
せた傾斜面を有するステップ構造とし、この傾斜面を半
導体層の成長面としたシリコン基板をいう。このため、
GaAs等と同様のIII−V族化合物半導体である窒化
ガリウム系化合物半導体層を形成するにあたっても同様
にオフしたシリコン基板を使用することが試みられてい
る。
上に窒化ガリウム系化合物半導体層を積層して形成され
た発光素子は、サファイアやシリコンカーバイドの基板
上に窒化ガリウム系化合物半導体層を積層して形成され
た発光素子に比較して、発光強度が1/1000程度に
なり、発光効率が格段に低くなってしまうという問題が
あった。
いる場合には、シリコン基板上に結晶性の良好な窒化ガ
リウム系化合物半導体からなる発光機能層を形成するた
めに、シリコン基板上に窒化アルミニウム(AlN)か
らなるバッファ層を介して発光機能層を形成している。
しかし、窒化アルミニウムのバンドギャップが広いた
め、バッファ層がシリコン基板と発光機能層との間に電
位障壁を形成し、発光素子の駆動電圧が高くなってしま
うという問題がある。
であり、基板にシリコン基板を用い、高い発光強度を得
ることができる発光素子を提供することを目的とする。
また、本発明は、シリコン基板上に結晶性の良好な発光
機能層を形成でき、駆動電圧を低減することができると
ともに、高い発光強度を得ることができる発光素子を提
供することを目的とする。
め、本発明の第1の観点にかかる発光素子は、上面が
(111)結晶面のジャスト基板であるシリコン基板
と、前記シリコン基板上に形成された窒化物系化合物半
導体層と、を備える、ことを特徴とする。
上面が(111)結晶面のジャスト基板である。このた
め、シリコン基板の上面は平坦で面方位が傾斜しておら
ず、シリコン基板の上面に段差が生じなくなる。
上面が(111)結晶面に対して±2度の範囲内で傾斜
させた傾斜面を有するシリコン基板と、前記シリコン基
板の傾斜面上に形成された窒化物系化合物半導体層と、
を備える、ことを特徴とする。
上面に(111)結晶面に対して±2度の範囲内で傾斜
させた傾斜面を有する。このため、シリコン基板の上面
に発光素子形成に悪影響を及ぼすような大きな段差が生
じなくなる。
導体層との間に、ガリウムとインジウムとを含む窒化ア
ルミニウム層が形成され、前記窒化物系化合物半導体層
は、ガリウムとインジウムとを含む第1窒化物系化合物
半導体層と、発光機能を有する第2窒化物系化合物半導
体層とを備え、前記窒化アルミニウム層上に前記第1窒
化物系化合物半導体層が形成され、該第1窒化物系化合
物半導体層上に前記第2窒化物系化合物半導体層が形成
されていることが好ましい。窒化アルミニウム層にガリ
ウムとインジウムとが含まれているので、発光素子の駆
動電圧が低減される。また、シリコン基板と第1窒化物
系化合物半導体層との間に窒化アルミニウム層が形成さ
れているので、シリコン基板上の第1窒化物系化合物半
導体層及び第2窒化物系化合物半導体層の結晶性が良好
になる。
リウムとインジウムとシリコンとを主成分とする金属化
合物領域が形成され、前記金属化合物領域上に窒化アル
ミニウム層が形成され、前記窒化物系化合物半導体層
は、ガリウムとインジウムとを含む第1窒化物系化合物
半導体層と、発光機能を有する第2窒化物系化合物半導
体層とを備え、前記窒化アルミニウム層上に前記第1窒
化物系化合物半導体層が形成され、該第1窒化物系化合
物半導体層上に前記第2窒化物系化合物半導体層が形成
されていることが好ましい。シリコン基板の上面を含む
領域に、ガリウムとインジウムとシリコンとを主成分と
する金属化合物領域が形成されているので、発光素子の
駆動電圧が低減される。また、シリコン基板と第1窒化
物系化合物半導体層との間に窒化アルミニウム層が形成
されているので、シリコン基板上の第1窒化物系化合物
半導体層及び第2窒化物系化合物半導体層の結晶性が良
好になる。
物系化合物半導体層から拡散されるガリウム及びインジ
ウムの拡散開始時期を遅延可能な厚さに形成されている
ことが好ましい。この場合、さらにシリコン基板上の第
1窒化物系化合物半導体層及び第2窒化物系化合物半導
体層の結晶性が良好になる。
量のガリウム及びインジウムを拡散可能な厚さに形成さ
れていることが好ましい。
第2窒化物系化合物半導体層の一部を構成することが好
ましい。この場合、発光素子が簡易な構造になる。
素子について説明する。図1に本実施の形態の発光素子
の構造を示す。図1に示すように、発光素子1は、半導
体基体2と、半導体基体2の上面に電気的に接続された
アノード電極3と、半導体基体2の下面に電気的に接続
されたカソード電極4とを備えている。
コン基板5上に形成され、ガリウムとインジウムとを含
む窒化アルミニウム層6と、窒化アルミニウム層6上に
形成され、ガリウムとインジウムとを含む第1窒化物系
化合物半導体層としての反応源供給層7と、反応源供給
層7上に形成された第2窒化物系化合物半導体層として
の発光機能層8とを備えている。
例えば、砒素(As)が5×101 8cm−3〜5×1
019cm−3程度の比較的高濃度にドープされたn+
形のシリコン単結晶基板から構成されている。そして、
その抵抗率は0.001Ω・cm〜0.01Ω・cm程
度に形成されている。このため、シリコン基板5は、実
質的に導電体であり、カソード電極4とともに電極とし
て機能する。また、シリコン基板5は、発光機能層8等
の支持部材として機能し、発光機能層8等を良好に支持
できるように、例えば、350μm程度の厚みに形成さ
れている。
その上面が(111)結晶面のジャスト基板が用いられ
ている。ここで、ジャスト基板とは、面方位が傾斜され
ていない基板、すなわち、基板上面が半導体の一結晶面
で形成された半導体基板をいう。また、(111)結晶
面はシリコン面方位の中では最密面であり、(111)
結晶面の原子ステップがなく、平坦な面である。
板5の(111)結晶面上に形成されている。窒化アル
ミニウム層6は、窒化アルミニウムに、後述する反応源
供給層7から拡散されたガリウム(Ga)とインジウム
(In)とが含まれている。この窒化アルミニウム層6
は、シリコン基板5上に窒化物系化合物半導体(反応源
供給層7、発光機能層8)を膜成長させるためのバッフ
ァ層として機能する。本実施の形態では、シリコン基板
5が(111)結晶面のジャスト基板であるが、シリコ
ン基板5の表面に、窒化物系化合物半導体、例えば、G
aN、GaInNからなる発光機能層8を直接、良好に
膜成長させることは困難である。しかし、バッファ層と
して機能する窒化アルミニウム層6を介して形成させる
ことにより、シリコン基板5上に窒化物系化合物半導体
を膜成長させることができる。これは、窒化アルミニウ
ム層6はシリコン基板5の面方位を受け継ぐことがで
き、窒化アルミニウム層6を介することで、シリコン基
板5上に結晶性の良好な窒化ガリウム系化合物半導体層
を形成することができるためである。
から拡散されるガリウム及びインジウムの拡散開始時期
を遅延可能な厚さに形成されている。ここで、拡散開始
時期を遅延可能な厚さとは、反応源供給層7を形成する
初期段階において、反応源供給層7から供給されるガリ
ウム及びインジウムが窒化アルミニウム層6に拡散する
ことを抑制可能な厚さをいい、窒化アルミニウム層6
は、例えば、1nm〜6nmの厚さに形成されているこ
とが好ましい。
上に形成されている。反応源供給層7は、InxAl
1−x−yGayN(0<x≦1、0<y≦1、0<x
+y≦1)から構成されている。すなわち、反応源供給
層7は、インジウム(In)とガリウム(Ga)とを必
須の構成元素とする窒化物系化合物半導体であり、本実
施の形態ではn形Ga0.5In0.5Nから構成され
ている。
るガリウム及びインジウムを窒化アルミニウム層6に拡
散するためのガリウム及びインジウムの供給源として機
能する。このため、反応源供給層7の厚さは、窒化アル
ミニウム層6に必要な量のガリウム及びインジウムが拡
散できる所定厚、例えば、1nm以上にすることが好ま
しい。ただし、反応源供給層7をあまり厚くしすぎる
と、反応源供給層7とシリコン基板5との線膨張係数差
に起因するクラックが反応源供給層7に生じるおそれが
ある。反応源供給層7にクラックが発生すると、反応源
供給層7上に形成される発光機能層8の結晶性を損なう
原因となるため、反応源供給層7の厚さは、100nm
以下に設定することが好ましい。本実施の形態では、反
応源供給層7の厚さを30nmに形成している。
されている。発光機能層8は、n形クラッド層9と、活
性層10と、p形クラッド層11とが順次積層された構
成に形成されている。
成され、その厚さが500nmのn形GaNからなるn
形半導体領域である。活性層10はn形クラッド層9上
に形成され、その厚さが3nmのGaInNから構成さ
れている。p形クラッド層11は活性層10上に形成さ
れ、その厚さが500nmのp形GaNからなるp形半
導体領域である。
上面に、例えば、低抵抗性接触して形成されている。ア
ノード電極3は、例えば、ニッケルと金を真空蒸着して
形成されている。また、カソード電極4は、シリコン基
板5の下面に、例えば、低抵抗性接触して形成されてい
る。カソード電極4は、例えば、チタンとアルミニウム
とを真空蒸着して形成されている。アノード電極3及び
カソード電極4は、他の金属材料により形成することも
可能であり、例えば、カソード電極4は、チタンと金ゲ
ルマニウムニッケル合金と金とが順次積層されてなる電
極を用いてもよい。
の製造方法について、図2に示すタイムシーケンスを参
照して説明する。
al Vapor Deposition)装置の反応室内に、洗浄等の前
処理を施したシリコン基板5を配置する。シリコン基板
5は、前述したように、その上面が(111)結晶面の
ジャスト基板である。このため、シリコン基板5の上面
は平坦で傾斜されておらず、上面に段差が生じていな
い。そして、シリコン基板5に1120℃で10分程度
の熱処理を施し、その表面をサーマルクリーニングして
表面の酸化膜を完全に除去する(サーマルクリーニング
工程)。
理を施す(水素終端処理工程)。水素終端処理とは、シ
リコン基板5の表面のダングリングボンド、すなわちシ
リコンの4つの結合手のうちで、結合に使用されていな
い結合手(ボンド)に水素を結合させる処理である。
リメチルアルミニウムガス(TMAガス)を所定量、例
えば、63μmol/min、アンモニアガス(N
H3)を所定量、例えば、0.14mol/min供給
して、シリコン基板5の上面に所定厚の窒化アルミニウ
ムからなる窒化アルミニウム層6を形成する(窒化アル
ミニウム層形成工程)。
基板5の面方位を受け継ぐことができるので、窒化アル
ミニウム層6の上面は平坦で傾斜されておらず、上面に
段差が生じていない。
給層7から供給されるガリウム及びインジウムの拡散開
始時期を遅延可能な厚さ、例えば、1nm〜6nmに形
成することが好ましい。窒化アルミニウム層6が1nm
より薄い場合には、窒化アルミニウム層6の上面に窒化
ガリウム系化合物半導体(反応源供給層7)を堆積形成
する間(反応源供給層7を形成する初期段階)に、堆積
された反応源供給層7からガリウム及びインジウムが窒
化アルミニウム層6に拡散する。このため、成長直後の
反応源供給層7の結晶性が劣化し、これを核として成長
する発光機能層8等の結晶性が全体的に低下してしまう
おそれが生じる。また、窒化アルミニウム層6がバッフ
ァ層としての本来の機能を果たさなくなってしまうおそ
れが生じる。一方、窒化アルミニウム層6が6nmより
厚い場合には、反応源供給層7を形成する初期段階以降
に、反応源供給層7から窒化アルミニウム層6の下部に
までガリウム及びインジウムが拡散されないおそれが生
じる。本実施の形態では、窒化アルミニウム層6の厚さ
を3nmに形成している。
を停止し、シリコン基板5の温度を700℃まで下げ
る。シリコン基板5の温度が700℃にまで下がると、
MOCVD装置の反応室内に、トリメチルインジウムガ
ス(TMIガス)を所定量、例えば、59μmol/m
in、トリメチルガリウムガス(TMGガス)を所定
量、例えば、6.2μmol/min、アンモニアガス
を所定量、例えば、0.23mol/min、及びシラ
ンガスを所定量、例えば、21nmol/min供給
し、窒化アルミニウム層6の上面に厚さ約30nmのn
形Ga0.5In0. 5Nからなる反応源供給層7を形
成する(反応源供給層形成工程)。なお、シランガスを
供給したのは、反応源供給層7中にn形不純物としての
シリコンを導入するためである。
供給層7から供給されるガリウム及びインジウムの拡散
開始時期を遅延可能な厚さに形成されているので、反応
源供給層7を形成する初期段階では、反応源供給層7か
ら供給されるガリウム及びインジウムが窒化アルミニウ
ム層6に拡散しにくくなる。従って、形成される反応源
供給層7の結晶性が劣化することがなくなる。
以降では、図3(a)に示すように、既に形成された反
応源供給層7から窒化アルミニウム層6にガリウム及び
インジウムが拡散される。そして、図3(b)に示すよ
うに、窒化アルミニウム層6にはガリウム及びインジウ
ムが拡散される。従って、反応源供給層7を形成しなが
ら、窒化アルミニウム層6にガリウム及びインジウムが
拡散される。
ウム及びインジウムが拡散されると、シリコン基板5と
窒化アルミニウム層6との間の電気的接続を良好にする
ことができる。これは、窒化アルミニウム層6にガリウ
ム及びインジウムを拡散させることにより、シリコン基
板5と窒化アルミニウム層6との界面に、結果的にガリ
ウム及びインジウムを含む金属化合物領域等が形成さ
れ、この形成された金属化合物領域等の存在により、シ
リコン基板5と窒化アルミニウム層6との間の電位障壁
を乗り越えやすくなると考えられるためである。
との間に、バッファ層として機能する窒化アルミニウム
層6が形成されているので、シリコン基板5上に結晶性
の良好な反応源供給層7を形成することができ、反応源
供給層7の上面に段差が生じにくくなる。
形成する。まず、シリコン基板5の温度を1040℃ま
で上げる。シリコン基板5の温度が1040℃まで上が
ると、MOCVD装置の反応室内に、トリメチルガリウ
ムガス(TMGガス)を所定量、例えば、4.3μmo
l/min、アンモニアガスを所定量、例えば、53.
6mmol/min、シランガスを所定量、例えば、
1.5nmol/min供給し、反応源供給層7の上面
にn形GaNからなる厚さ約500nmのn形クラッド
層9を形成する(n形クラッド層形成工程)。なお、n
形クラッド層9の不純物濃度は3×1018cm−3で
あり、シリコン基板5の不純物濃度よりも十分に低い。
で下げる。シリコン基板5の温度が800℃まで下がる
と、MOCVD装置の反応室内に、トリメチルガリウム
ガス(TMGガス)を所定量、例えば、1.1μmol
/min、アンモニアガスを所定量、例えば、67mm
ol/min、トリメチルインジウムガス(TMIガ
ス)を所定量、例えば、4.5μmol/min、ビス
シクロペンタジェニルマグネシウムガス(Cp2Mgガ
ス)を所定量、例えば、12nmol/min供給し、
n形クラッド層9上に厚さ約3nmのp形GaInNか
らなる活性層10を形成する(活性層形成工程)。な
お、ビスシクロペンタジェニルマグネシウムガスを供給
したのは、活性層10中にp形導電形の不純物としての
Mgを導入するためである。また、活性層10の不純物
濃度は3×1017cm−3である。
℃まで上げる。シリコン基板5の温度が1040℃まで
上がると、MOCVD装置の反応室内に、トリメチルガ
リウムガス(TMGガス)を所定量、例えば、4.3μ
mol/min、アンモニアガスを所定量、例えば、5
3.6μmol/min、ビスシクロペンタジェニルマ
グネシウムガス(Cp2Mgガス)を所定量、例えば、
0.12μmol/min供給し、活性層10上に厚さ
約500nmのp形GaNからなるp形クラッド層11
を形成する(p形クラッド層形成工程)。なお、p形ク
ラッド層11の不純物濃度は3×1018cm−3であ
る。
形クラッド層9、活性層10、p形クラッド層11)
は、結晶性の良好な反応源供給層7上に形成(反応源供
給層7を核として成長)されている。このため、形成さ
れる発光機能層8の結晶性が低下せず、反応源供給層7
上に結晶性の良好な発光機能層8を形成することがで
き、また、n形クラッド層9、活性層10、p形クラッ
ド層11のそれぞれの上面に段差が生じにくくなる。
ノード電極3を低抵抗性接触させて、p形クラッド層1
1の上面に設置する。また、真空蒸着法によって形成さ
れたカソード電極4を低抵抗性接触させて、シリコン基
板5の下面に設置する(電極形成工程)。このような工
程により、図1に示すような発光素子1が製造される。
コン基板5に、その上面が(111)結晶面のジャスト
基板が用いられているので、発光機能層8(n形クラッ
ド層9、活性層10、p形クラッド層11)に段差が生
じにくくなる。このため、発光素子1の発光強度が低下
しにくく、高い発光強度を得ることができる。
能層8(n形クラッド層9、活性層10、p形クラッド
層11)に段差が生じると低下すると考えられるためで
ある。図4に発光素子1の発光強度が低下することを説
明するための模式図を示す。図4に示すように、ジャス
ト基板でないオフしたシリコン基板5の上面は、実際に
は平坦な面ではなく、原子レベルでは段差(階段状のス
テップ)が形成されている。このような階段状にステッ
プしたシリコン基板5上に、n形クラッド層9、活性層
10、p形クラッド層11のような窒化ガリウム系化合
物半導体層をエピタキシャル成長させると、n形クラッ
ド層9、活性層10、p形クラッド層11もシリコン基
板5の上面の影響を受けて階段状に積層される。この
際、エピタキシャル成長層の厚みが比較的厚い場合には
問題は生じにくいが、数nmオーダの活性層10(本実
施の形態では約3nm)のように薄い場合には、ステッ
プの近傍が薄くなるため、発光素子1に通電すると、こ
のステップの近傍の領域で図4の矢印に示すように、リ
ーク電流が発生しやすくなる。この結果、エピタキシャ
ル成長層がほぼ平坦に形成された本実施の形態の発光素
子1に比較して発光に寄与しない無効電流分が大きくな
り、発光強度、発光効率が低下してしまう。
ば、シリコン基板5に(111)結晶面のジャスト基板
を用いているので、発光素子1の発光強度が低下にく
く、高い発光強度を得ることができる。
板5と反応源供給層7との間に、ガリウム及びインジウ
ムを含む窒化アルミニウム層6を形成しているので、シ
リコン基板5と窒化アルミニウム層6との電気的接続を
良好にすることができる。このため、発光素子1の駆動
電圧を低減することができる。また、シリコン基板5と
反応源供給層7との間に窒化アルミニウム層6を形成し
ているので、シリコン基板5上に結晶性の良好な反応源
供給層7及び発光機能層8を形成することができる。
層6を反応源供給層7から供給されるガリウム及びイン
ジウムの拡散開始時期を遅延可能な厚さに形成している
ので、反応源供給層7から供給されるガリウム及びイン
ジウムが短期間に拡散することを抑制して、その拡散開
始時期が遅延される。この結果、窒化アルミニウム層6
上に結晶性の良好な反応源供給層7を形成した後に、窒
化アルミニウム層6にガリウム及びインジウムの拡散が
生じる。このため、膜成長の初期における窒化ガリウム
系化合物半導体層(反応源供給層7)の結晶性が良好と
なり、反応源供給層7上に形成される発光機能層8等の
結晶性を全体にわたって良好にすることができる。
れず、種々の変形、応用が可能である。以下、本発明に
適用可能な他の実施の形態について説明する。
(111)結晶面のジャスト基板を用いた場合を例に本
発明を説明したが、例えば、シリコン基板5は、(11
1)結晶面から任意の方向に±2度の範囲内で傾斜させ
た傾斜面を有するオフ基板であってもよい。図5に、シ
リコン基板5に(111)結晶面から[112]方向に
−4度〜4度傾斜させたオフ基板(オフ角度−4度〜4
度)を用いた発光素子の発光強度について、上記実施の
形態の(111)結晶面のジャスト基板を使用した発光
素子の発光強度で割った発光強度比を示す。図5に示す
ように、ジャスト基板を使用した発光素子(オフ角度0
度)が最も高く、オフ角度が大きくなるにつれて発光強
度が低下することがわかる。ただし、オフ角度が±2度
の範囲内であれば、発光強度が大きく低下することはな
く、比較的高い発光強度が得られる。また、(111)
結晶面から[110]方向に傾斜させたオフ基板を用い
た場合にも同様の傾向を示した。これは、(111)結
晶面から任意の方向に傾斜させた傾斜面を有するオフ基
板であっても、そのオフ角度が±2度の範囲内であれ
ば、発光素子形成に適する程度に段差が小さくなってお
り、発光素子形成に悪影響を及ぼさないと考えられるた
めである。
ガリウムとインジウムとを含む窒化アルミニウム層6が
形成された場合を例に本発明を説明したが、例えば、シ
リコン基板5の上面を含む領域に、ガリウムとインジウ
ムとシリコンとを主成分とする金属化合物領域を形成
し、この金属化合物領域上に窒化アルミニウム層を形成
してもよい。この場合、シリコン基板の上面を含む領域
に、ガリウムとインジウムとシリコンとを主成分とする
金属化合物領域が形成されているので、発光素子の駆動
電圧が低減される。また、シリコン基板と第1窒化物系
化合物半導体層との間に窒化アルミニウム層が形成され
ているので、シリコン基板上の第1窒化物系化合物半導
体層及び第2窒化物系化合物半導体層の結晶性が良好に
なる。
6と発光機能層8との間に反応源供給層7を形成する場
合を例に本発明を説明したが、反応源供給層7は、窒化
アルミニウム層6にガリウム及びインジウムを拡散可能
であればよく、例えば、図6に示すように、窒化アルミ
ニウム層6と発光機能層8との間に反応源供給層7を形
成せずに、発光機能層8から窒化アルミニウム層6にガ
リウム及びインジウムを拡散させてもよい。すなわち、
反応源供給層が発光機能層8の一部を構成し、n形クラ
ッド層9を反応源供給層として機能させてもよい。この
場合、窒化アルミニウム層6に拡散されるガリウム及び
インジウムはn形クラッド層9から供給され、発光素子
を簡易な構造にすることができる。
形Ga0.5In0.5N、n形クラッド層9がn形G
aNからなるn形半導体領域等の場合を例に本発明を説
明したが、シリコン基板5、反応源供給層7、n形クラ
ッド層9、活性層10、p形クラッド層11の導電形を
反転してもよい。この場合にも、シリコン基板5上に結
晶性の良好な発光機能層8を形成でき、また、発光素子
の駆動電圧を低減することができる。
応室内で発光素子を製造する場合を例に本発明を説明し
たが、例えば、MOCVD装置に反応室を複数設け、各
製造工程ごとに別々の反応室を用いてもよい。
によれば、基板にシリコン基板を用い、高い発光強度を
得ることができる。
した概略図である。
明するためのタイムシーケンスを示した図である。
リウム及びインジウムを拡散させる過程を説明するため
の概略図である。
ための模式図である。
度比との関係を示したグラフである。
を示した概略図である。
Claims (7)
- 【請求項1】上面が(111)結晶面のジャスト基板で
あるシリコン基板と、 前記シリコン基板上に形成された窒化物系化合物半導体
層と、を備える、ことを特徴とする発光素子。 - 【請求項2】上面が(111)結晶面に対して±2度の
範囲内で傾斜させた傾斜面を有するシリコン基板と、 前記シリコン基板の傾斜面上に形成された窒化物系化合
物半導体層と、を備える、ことを特徴とする発光素子。 - 【請求項3】前記シリコン基板と前記窒化物系化合物半
導体層との間に、ガリウムとインジウムとを含む窒化ア
ルミニウム層が形成され、 前記窒化物系化合物半導体層は、ガリウムとインジウム
とを含む第1窒化物系化合物半導体層と、発光機能を有
する第2窒化物系化合物半導体層とを備え、 前記窒化アルミニウム層上に前記第1窒化物系化合物半
導体層が形成され、該第1窒化物系化合物半導体層上に
前記第2窒化物系化合物半導体層が形成されている、こ
とを特徴とする請求項1または2に記載の発光素子。 - 【請求項4】前記シリコン基板の上面を含む領域に、ガ
リウムとインジウムとシリコンとを主成分とする金属化
合物領域が形成され、 前記金属化合物領域上に窒化アルミニウム層が形成さ
れ、 前記窒化物系化合物半導体層は、ガリウムとインジウム
とを含む第1窒化物系化合物半導体層と、発光機能を有
する第2窒化物系化合物半導体層とを備え、 前記窒化アルミニウム層上に前記第1窒化物系化合物半
導体層が形成され、該第1窒化物系化合物半導体層上に
前記第2窒化物系化合物半導体層が形成されている、こ
とを特徴とする請求項1または2に記載の発光素子。 - 【請求項5】前記窒化アルミニウム層は、前記第1窒化
物系化合物半導体層から拡散されるガリウム及びインジ
ウムの拡散開始時期を遅延可能な厚さに形成されてい
る、ことを特徴とする請求項3または4に記載の発光素
子。 - 【請求項6】前記第1窒化物系化合物半導体層は、所定
量のガリウム及びインジウムを拡散可能な厚さに形成さ
れている、ことを特徴とする請求項3乃至5のいずれか
1項に記載の発光素子。 - 【請求項7】前記第1窒化物系化合物半導体層は、前記
第2窒化物系化合物半導体層の一部を構成する、ことを
特徴とする請求項3乃至6のいずれか1項に記載の発光
素子。
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