JP2003257880A - Light-emitting device - Google Patents

Light-emitting device

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JP2003257880A
JP2003257880A JP2003080001A JP2003080001A JP2003257880A JP 2003257880 A JP2003257880 A JP 2003257880A JP 2003080001 A JP2003080001 A JP 2003080001A JP 2003080001 A JP2003080001 A JP 2003080001A JP 2003257880 A JP2003257880 A JP 2003257880A
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JP
Japan
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ingan
layer
grown
gas
gan
Prior art date
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Pending
Application number
JP2003080001A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shuji Nakamura
修二 中村
Takashi Mukai
孝志 向井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nichia Chemical Industries Ltd
Original Assignee
Nichia Chemical Industries Ltd
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Filing date
Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an InGaN with high quality and excellent crystallinity. <P>SOLUTION: An indium gallium nitride semiconductor (InXGa<SB>1-</SB>XN; 0<X<0.5) is formed on a substrate. The indium gallium nitride semiconductor is composed of a single crystal in which Si or Ge is doped in the range of 10<SP>18</SP>to 10<SP>20</SP>/cm<SP>3</SP>via a buffer layer grown at low temperatures and a GaN layer or an AlGaN layer grown on the buffer layer. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は青色発光ダイオー
ド、青色レーザーダイオード等に使用される窒化インジ
ウムガリウム半導体およびその成長方法に関するもので
ある。 【0002】 【従来の技術】青色ダイオード、青色レーザーダイオー
ド等に使用される実用的な半導体材料として窒化ガリウ
ム(GaN)、窒化インジウムガリウム(InGa
N)、窒化ガリウムアルミニウム(GaAlN)等の窒
化ガリウム系化合物半導体が注目されており、その中で
もInGaNはバンドギャップが2eV〜3.4eVま
であるため非常に有望視されている。 【0003】従来、有機金属気相成長法(以下MOCV
D法という。)によりInGaNを成長させる場合、成
長温度500℃〜600℃の低温で、サファイア基板上
に成長されていた。なぜなら、InNの融点はおよそ5
00℃、GaNの融点はおよそ1000℃であるため、
600℃以上の高温でInGaNを成長させると、In
GaN中のInNの分解圧がおよそ10気圧以上とな
り、InGaNがほとんど分解してしまい、形成される
ものはGaのメタルとInのメタルの堆積物のみとなっ
てしまうからである。従って、InGaNを成長させよ
うとする場合は成長温度を低温に保持しなければならな
かった。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】このような条件の下で
成長されたInGaNの結晶性は非常に悪く、例えば室
温でフォトルミネッセンス測定を行っても、バンド間発
光はほとんど見られず、深い準位からの発光がわずかに
観測されるのみであり、青色発光が観測されたことはな
かった。しかも、X線回折でInGaNのピークを検出
しようとしてもほとんどピークは検出されず、その結晶
性は、単結晶というよりも、アモルファス状結晶に近い
のが実状であった。 【0005】青色発光ダイオード、青色レーザーダイオ
ード等の青色発光デバイスを実現するためには、高品質
で、かつ優れた結晶性を有するInGaNの実現が強く
望まれている。よって、本発明はこの問題を解決するべ
くなされたものであり、その目的とするところは、高品
質で結晶性に優れたInGaN、およびその成長方法を
提供することにより、優れた発光デバイスを提供するこ
とである。 【0006】 【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに、本発明に係る窒化インジウムガリウム半導体は、
基板上に、次に成長させるGaN層又はAlGaN層よ
り低温で成長させたバッファ層とそのバッファ層の上に
成長されたGaN層又はAlGaN層とを介して形成さ
れた、Si若しくはGeが1018〜1020/cm3の範
囲でドープされた単結晶からなる窒化インジウムガリウ
ム半導体(InXGa1-XN、0<X<0.5)である。
また、本発明に係る発光デバイスは、基板上に次に成長
させるGaN層又はAlGaN層より低温で成長させた
バッファ層と、そのバッファ層の上に成長されたGaN
層又はAlGaN層と、そのGaN層又はAlGaN層
の上に成長された窒化インジウムガリウム半導体(In
XGa1-XN、0<X<0.5)とを備えた発光デバイス
であって、前記窒化インジウムガリウム半導体はSi若
しくはGeが1018〜1020/cm3の範囲でドープさ
れた単結晶からなることを特徴とする。すなわち、本発
明は、InGaNをMOCVD法で成長するにあたり、
原料ガスのキャリアガスとして窒素を用い、さらに従来
のようにサファイアの上でなくGaNまたはGaAlN
の上に成長させることにより、600℃より高い温度で
も、優れた結晶性で成長でき、しかも、特定の元素をド
ープしながら成長させることにより、その結晶性、特性
が格段に向上することを新たに見いだし完成されたもの
である。 【0007】 【発明の実施の形態】本発明の成長方法は、MOCVD
法による窒化インジウムガリウム化合物半導体の成長方
法であって、原料ガスとしてガリウム源のガスと、イン
ジウム源のガスと、窒素源のガスと、ケイ素源のガスま
たはゲルマニウム源のガスとを用い、さらに前記原料ガ
スのキャリアガスを窒素として、600℃より高い成長
温度で、窒化ガリウム層の上に、SiまたはGeをドー
プした一般式InXGa1-XN(但しXは0<X<0.5)
で表される窒化インジウムガリウム半導体を成長させる
ことを特徴とする。 【0008】MOCVD法による本発明の成長方法にお
いて、原料ガスには、例えばGa源としてトリメチルガ
リウム{Ga(CH33:TMG}、トリエチルガリウ
ム{Ga(C253:TEG}、窒素源としてアンモ
ニア(NH3)、ヒドラジン(N24)、インジウム源
としてトリメチルインジウム{In(CH33:TM
I}、トリエチルインジウム{In(C253:TE
I}、ケイ素源としてシラン(SiH4)、ゲルマニウ
ム源としてゲルマン(GeH4)等を好ましく用いるこ
とができる。 【0009】さらに、前記原料ガスのキャリアガスとし
て窒素を使用することにより、600℃より高い成長温
度でも、InGaN中のInNが分解して結晶格子中か
ら出ていくのを抑制することができる。 【0010】成長中に供給する原料ガス中のインジウム
源のガスのインジウムのモル比は、ガリウム1に対し、
好ましくは0.1以上、さらに好ましくは1.0以上に
調整する。インジウムのモル比が0.1より少ないと、
InGaNの混晶が得にくく、また結晶性が悪くなる傾
向にある。なぜなら、本発明の成長方法は600℃より
高い温度でInGaNを成長させるため、多少なりとも
InNの分解が発生する。従ってInNがGaN結晶中
に入りにくくなるため、好ましくその分解分よりもイン
ジウムを多く供給することによって、InNをGaNの
結晶中に入れることができる。従って、インジウムのモ
ル比は高温で成長するほど多くする方が好ましく、例え
ば、900℃前後の成長温度では、インジウムをガリウ
ムの10〜50倍程度供給することにより、X値を0.
5未満とするInXGa1-XNを得ることができる。 【0011】成長温度は600℃より高い温度であれば
よく、好ましくは700℃以上、900℃以下の範囲に
調整する。600℃以下であると、GaNの結晶が成長
しにくいため、InGaNの結晶ができにくく、できた
としても従来のように結晶性の悪いInGaNとなる。
また、900℃より高い温度であるとInNが分解しや
すくなるため、InGaNがGaNになりやすい傾向に
ある。 【0012】供給するインジウムガスのモル比、成長温
度は目的とするInXGa1-XNのX値0<X<0.5の範
囲において、適宜変更できる。例えばInを多くしよう
とすれば650℃前後の低温で成長させるか、または原
料ガス中のInのモル比を多くすればよい。Gaを多く
しようとするならば900℃前後の高温で成長させれば
よい。しかしながら、600℃より高い温度でX値を
0.5以上とするInXGaN1-XNを成長させることは
非常に困難であり、またX値を0.5以上とするInXG
a1-XNを発光ダイオード等の発光デバイスに使用した
場合、その発光波長は黄色の領域にあり、青色、紫外と
して使用し得るものではないため、X値は0.5未満を
限定理由とした。 【0013】図2は、本発明の成長方法において、供給
したSiと、得られたSiドープInGaNのフォトル
ミネッセンス強度の関係を示す図である。これは、キャ
リアガスとして窒素を2リットル/分、原料ガスとして
TMGを2×10-6モル/分、TMIを20×10-6
ル/分、NH3を4リットル/分で供給し、さらにSi
をドープするため、シランガスの供給量を変えて、Ga
N層上にSiをドープしたIn0.25Ga0.75Nを成長さ
せ、成長後、得られたSiドープIn0.25Ga 0.75N層
に、10mWのHe−Cdレーザーを照射し、その45
0nmにおけるフォトルミネッセンス強度を測定したも
のである。なお、この図は、GaN層上に形成したSi
をドープしないIn0.25Ga0.75N層のフォトルミネッ
センス強度を1とした場合の相対強度で示している。こ
のSiをドープしないIn0.25Ga0.75Nのフォトルミ
ネッセンスのスペクトルを図4に示す。これとは別に、
本発明のSiをドープしたIn0.25Ga0.75Nのフォト
ルミネッセンスのスペクトルを図5に示す。 【0014】図2に示すように、Siをドープするに従
ってInGaNのフォトルミネッセンス強度が飛躍的に
増大する。原料ガス中のケイ素のモル比をガリウム1に
対し、1×10-5〜0.05の範囲に調整することによ
り、その強度はSiをドープしないものに比較して、5
倍以上に達し、最大では60〜70倍にも向上する。 【0015】図3も同じく、供給したGeと、得られた
GeドープIn0.25Ga0.75Nのフォトルミネッセンス
強度の関係を示す図である。これも、キャリアガスとし
て窒素を2リットル/分、原料ガスとしてTMGを2×
10-6モル/分、TMIを20×10-6モル/分、NH
3を4リットル/分と先ほどと同条件で供給し、さらに
Geをドープするためゲルマンガスの供給量を変えて、
GaN層上にGeをドープしたIn0.25Ga0.75Nを成
長させ、成長後、得られたGeドープIn0.25Ga0.75
N層の450nmにおけるフォトルミネッセンス強度を
測定したものである。なお、この図も、GaN層上に形
成した何もドープしないIn0.25Ga0. 75N層のフォト
ルミネッセンス強度を1とした場合の相対強度で示して
いる。 【0016】図3も図2と同様に、Geをドープするに
従ってInGaNのフォトルミネッセンス強度が飛躍的
に増大し、原料ガス中のゲルマニウムのモル比をガリウ
ム1に対し、1×10-4〜0.5に調整することによ
り、その強度はSiをドープしないものに比較して、5
倍以上に達し、最大では、同じく60〜70倍にも向上
することが分かる。 【0017】以上のようにしてInGaNを成長させる
ことにより、InGaN中にSiまたはGeを1016
cm3〜1022/cm3でドープすることができる。フォトル
ミネッセンスの結果より、その最適値は1018〜1020
/cm3である。 【0018】本発明の成長方法は、原料ガスのキャリア
ガスを窒素とすることにより、600℃より高い成長温
度において、InGaNの分解を抑制することができ、
またInNが多少分解しても、原料ガス中のインジウム
を多く供給することにより高品質なInGaNを得るこ
とができる。 【0019】さらに、従来ではサファイア基板の上にI
nGaN層を成長させていたが、サファイアとInGa
Nとでは格子定数不整がおよそ15%以上もあるため、
得られた結晶の結晶性が悪くなると考えられる。一方、
本発明ではGaNまたはGaAlN層の上に成長させる
ことにより、その格子定数不整を5%以下と小さくする
ことができるため、結晶性に優れたInGaNを形成す
ることができる。図4はGaN層の上に成長したInG
aNであるが、それを顕著に表しており、従来法では、
InGaNのフォトルミネッセンスのスペクトルは全く
測定できなかったが、本発明では明らかに結晶性が向上
しているために450nmの青色領域に発光ピークが現
れている。また、本発明の成長方法において、このGa
NのGaの一部をAlで置換してもよく、技術範囲内で
ある。 【0020】さらにまた、Si、Geをドープすること
により、ドープしないものに比較して、フォトルミネッ
センス強度を5〜70倍と飛躍的に増大させることがで
きる。これは、Si、Geの効果によりさらに結晶性、
品質が向上していることを顕著に示すものである。図5
はそれを示す図であり、図4の1/50のレンジでスペ
クトルを測定したものであり、格段に発光強度が増大し
ていることが分かる。 【0021】 【実施例】以下、図面を元に実施例で本発明の成長方法
を詳説する。図1は本発明の成長方法に使用したMOC
VD装置の主要部の構成を示す概略断面図であり、反応
部の構造、およびその反応部と通じるガス系統図を示し
ている。1は真空ポンプおよび排気装置と接続された反
応容器、2は基板を載置するサセプター、3はサセプタ
ーを加熱するヒーター、4はサセプターを回転、上下移
動させる制御軸、5は基板に向かって斜め、または水平
に原料ガスを供給する石英ノズル、6は不活性ガスを基
板に向かって垂直に供給することにより、原料ガスを基
板面に押圧して、原料ガスを基板に接触させる作用のあ
るコニカル石英チューブ、7は基板である。TMG、T
MI等の有機金属化合物ソースは微量のバブリングガス
によって気化され、シラン、ゲルマン等のドーピングガ
スと共にメインガスであるキャリアガスによって反応容
器内に供給される。 【0022】[実施例1]まず、よく洗浄したサファイ
ア基板7をサセプター2にセットし、反応容器内を水素
で十分置換する。 【0023】次に、石英ノズル5から水素を流しながら
ヒーター3で温度を1050℃まで上昇させ、20分間
保持しサファイア基板7のクリーニングを行う。 【0024】続いて、温度を510℃まで下げ、石英ノ
ズル5からアンモニア(NH3リットル/分と、キ
ャリアガスとして水素を2リットル/分で流しながら、
TMGを27×10−6モル/分流して1分間保持して
GaNバッファー層を約200オングストローム成長す
る。この間、コニカル石英チューブ7からは水素を10
リットル/分と、窒素を10リットル/分とで流し続
け、サセプター2をゆっくりと回転させる。 【0025】バッファ層成長後、TMGのみ止めて、温
度を1030℃まで上昇させる。温度が1030℃にな
ったら、同じく水素をキャリアガスとしてTMGを54
×10−6モル/分で流して30分間成長させ、GaN
層を2μm成長させる。 【0026】GaN層成長後、温度を800℃にして、
キャリアガスを窒素に切り替え、窒素を2リットル/
分、TMGを2×10-6モル/分、TMIを20×10
-6モル/分、シランガスを2×10-9モル/分、アンモ
ニアを4リットル/分で流しながら、SiドープInG
aN層を60分間成長させる。なお、この間、コニカル
石英チューブ7から供給するガスも窒素のみとし、20
リットル/分で流し続ける。 【0027】以上のようにして得られたInGaN層の
X線ロッキングカーブを取ると、In0.25Ga0.75Nの
組成を示すところにピークを有しており、その半値幅は
6分であった。この6分という値は従来報告されている
中では最小値であり、本発明の方法によるInGaNの
結晶性が非常に優れていることを示している。また、S
IMSにより、InGaN中のSiを測定したところ、
2×1019/cm3であった。 【0028】[実施例2]GaN層成長後、TMGを2
×10-6モル/分、TMIを20×10-6モル/分、ゲ
ルマンガスを2×10-8モル/分で流す他は実施例1と
同様にして、GeドープInGaN層を成長させた。 【0029】得られたInGaN層にHe−Cdレーザ
ーを照射してそのフォトルミネッセンスを測定すると、
450nmに発光ピークを有しており、X線ロッキング
カーブを測定すると、In0.25Ga0.75Nの組成を示す
ところにピークを有しており、その半値幅は同じく6分
であった。また、InGaN中のGe濃度はおよそ1×
1019/cm3であった。 【0030】[実施例3]GaN層成長後、TMIを2
×10-7モル/分で流す他は実施例1と同様にして、S
iドープInGaN層を成長させた。 【0031】得られたInGaN層のX線ロッキングカ
ーブを測定すると、In0.08Ga0. 92Nの組成を示すと
ころにピークを有しており、その半値幅は6分であっ
た。またHe−Cdレーザーを照射してそのフォトルミ
ネッセンスを測定すると、390nmに強い紫色のIn
GaNのバンド間発光が見られた。 【0032】[実施例4]実施例1のバッファ層成長
後、TMGのみ止めて、温度を1030℃まで上昇させ
る。温度が1030℃になったら、同じく水素をキャリ
アガスとしてTMGを54×10−6モル/分、TMA
を6×10-6モル/分で流して30分間成長させ、Ga
0.9Al0.1N層を2μm成長させる他は実施例1と同様
にしてGa0. 9Al0.1N層の上にSiドープInGaN
層を成長させた。その結果、得られたInGaN層のX
線ロッキングカーブは、同じくIn0.25Ga0.75Nの組
成を示すところにピークを有しており、その半値幅は6
分であった。またSi濃度も2×1019/cm3と同一で
あった。 【0033】 【発明の効果】本発明の成長方法によると、従来では不
可能であったInGaN層の単結晶を成長させることが
でき、またSi、Geをドープして成長させることによ
り、その結晶性、品質をさらに向上させることができ
る。従って本発明により実用的なInGaNが得られる
ため、将来開発される青色発光デバイスに積層される半
導体材料をダブルへテロ構造にでき、青色レーザーダイ
オードが実現可能となり、その産業上の利用価値は大き
い。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a blue light emitting diode.
Nitride used in silicon nitride, blue laser diodes, etc.
Umgallium semiconductor and its growth method
is there. [0002] 2. Description of the Related Art Blue diodes and blue laser diodes
Gallium nitride as a practical semiconductor material used for
(GaN), indium gallium nitride (InGa)
N), nitrogen such as gallium aluminum nitride (GaAlN)
Gallium arsenide-based compound semiconductors are attracting attention.
InGaN also has a band gap of 2 eV to 3.4 eV.
Is very promising. Conventionally, metal organic chemical vapor deposition (hereinafter referred to as MOCV)
It is called the D method. When InGaN is grown by
Long temperature 500 ° C to 600 ° C, on sapphire substrate
Was growing up. Because the melting point of InN is about 5
Since the melting point of GaN is about 1000 ° C.
When InGaN is grown at a high temperature of 600 ° C. or more,
The decomposition pressure of InN in GaN is about 10 atm or more.
InGaN is almost completely decomposed and formed
Only deposits of Ga metal and In metal
It is because. Therefore, grow InGaN
If you try to keep the growth temperature low
won. [0004] SUMMARY OF THE INVENTION Under such conditions,
The crystallinity of the grown InGaN is very poor.
Even if photoluminescence measurement is performed at temperature,
Light is hardly seen, and light emission from deep levels is slightly
Only blue light emission was observed.
won. In addition, X-ray diffraction detects InGaN peaks
Almost no peak was detected, and the crystal
Properties are closer to amorphous crystals rather than single crystals
This was the actual situation. [0005] Blue light emitting diode, blue laser diode
In order to realize blue light emitting devices such as
Of InGaN with excellent crystallinity
Is desired. Therefore, the present invention should solve this problem.
The purpose of the product is
InGaN with excellent crystallinity and its growth method
Providing excellent light-emitting devices.
And [0006] [MEANS FOR SOLVING THE PROBLEMS]
For example, the indium gallium nitride semiconductor according to the present invention is:
A GaN layer or an AlGaN layer to be next grown on the substrate
Buffer layer grown at a low temperature
Formed through the grown GaN layer or AlGaN layer
10 Si or Ge18-1020/ CmThreeRange of
Indium Gallium Nitride Consisting of Single Crystals Doped with Air
Semiconductor (InXGa1-XN, 0 <X <0.5).
Further, the light emitting device according to the present invention can be grown next on a substrate.
Grown at a lower temperature than the GaN or AlGaN layer to be grown
Buffer layer and GaN grown on the buffer layer
Layer or AlGaN layer and its GaN layer or AlGaN layer
Indium gallium nitride semiconductor (In
XGa1-XN, 0 <X <0.5)
Wherein the indium gallium nitride semiconductor is Si
Or Ge is 1018-1020/ CmThreeDoped in the range
Characterized by being made of a single crystal. That is,
Akira said that when growing InGaN by MOCVD,
Nitrogen is used as the carrier gas for the source gas.
GaN or GaAlN instead of on sapphire
At a temperature higher than 600 ° C
Can be grown with excellent crystallinity, and in addition,
Its crystallinity and properties
Has been found to be significantly improved
It is. [0007] DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The growth method of the present invention uses MOCVD.
Of Indium Gallium Nitride Compound Semiconductor Growth Method
Gallium source gas and
Gas of the source of nitrogen, gas of the source of nitrogen, and gas of the source of silicon
Or a source gas of germanium, and
Growth above 600 ° C using nitrogen as carrier gas
At a temperature, Si or Ge is doped on the gallium nitride layer.
General formula InXGa1-XN (where X is 0 <X <0.5)
The indium gallium nitride semiconductor represented by
It is characterized by the following. In the growth method of the present invention by MOCVD,
The source gas contains, for example, trimethyl gas as a Ga source.
Li @ Ga (CHThree)Three: TMG}, triethyl galliu
Mu @ Ga (CTwoHFive)Three: TEGII, Ammo as nitrogen source
Near (NHThree), Hydrazine (NTwoHFour), Indium source
As trimethylindium @ In (CHThree)Three: TM
I}, triethylindium {In (CTwoHFive)Three: TE
I}, silane (SiHFour), Germanium
German source (GeHFour) Etc.
Can be. Further, the carrier gas for the raw material gas is used as a carrier gas.
The growth temperature is higher than 600 ° C. by using nitrogen.
Even if the InN in InGaN is decomposed and in the crystal lattice
Can be suppressed. Indium in raw material gas supplied during growth
The molar ratio of indium in the source gas was 1 gallium to 1 gallium.
Preferably at least 0.1, more preferably at least 1.0
adjust. When the molar ratio of indium is less than 0.1,
It is difficult to obtain a mixed crystal of InGaN, and the crystallinity tends to deteriorate.
In the direction. Because the growth method of the present invention
Because InGaN is grown at a high temperature,
InN decomposition occurs. Therefore, InN in GaN crystal
Because it is difficult to enter
By supplying a large amount of indium, InN can be converted to GaN.
Can be placed in the crystal. Therefore, the indium model
It is preferable that the ratio increases as the temperature increases.
For example, at a growth temperature of around 900 ° C.,
The X value is set to 0.1 by supplying about 10 to 50 times of the system.
In x Ga 1 -xN less than 5 can be obtained. If the growth temperature is higher than 600 ° C.
Well, preferably in the range of 700 ° C or more and 900 ° C or less
adjust. If the temperature is lower than 600 ° C., GaN crystals grow
InGaN crystals are difficult to form
Even in this case, InGaN becomes poor in crystallinity as in the related art.
If the temperature is higher than 900 ° C., InN is decomposed and
InGaN tends to become GaN
is there. The molar ratio of the indium gas supplied and the growth temperature
The degree is the target InXGa1-XX value of N 0 <X <0.5
Can be changed as appropriate. For example, let's increase In
If it grows at low temperature around 650 ° C,
The molar ratio of In in the source gas may be increased. Lots of Ga
If you try to grow at a high temperature around 900 ℃
Good. However, at temperatures higher than 600 ° C
In 0.5 or moreXGaN1-XTo grow N
InXG which is very difficult and has an X value of 0.5 or more
a1-XN was used for light emitting devices such as light emitting diodes
In this case, the emission wavelength is in the yellow region, blue and ultraviolet.
X value should be less than 0.5
The reason was limited. FIG. 2 is a view showing a supply method in the growth method of the present invention.
Of Si and the resulting Si-doped InGaN
FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between luminescence intensities. This is
2 liters / min of nitrogen as rear gas, as raw material gas
2 × 10 TMG-6Mol / min, TMI 20 × 10-6Mo
/ Min, NH3 is supplied at 4 liter / min.
In order to dope, the supply amount of silane gas is changed to
In doped with Si on N layer0.25Ga0.75Grow N
And after growth, the resulting Si-doped In0.25Ga 0.75N layer
Was irradiated with a 10 mW He-Cd laser, and 45
The photoluminescence intensity at 0 nm was measured.
It is. Note that this figure shows the Si formed on the GaN layer.
Not doped with In0.25Ga0.75N-layer photoluminescence
The relative intensity when the sense intensity is 1 is shown. This
In which does not dope Si0.25Ga0.75Photoluminescence of N
FIG. 4 shows the spectrum of the luminescence. Aside from this,
The Si-doped In of the present invention0.25Ga0.75N's photo
FIG. 5 shows the luminescence spectrum. As shown in FIG.
InGaN photoluminescence intensity is dramatically increased
Increase. The molar ratio of silicon in the source gas to gallium 1
1 × 10-FiveBy adjusting it to the range of ~ 0.05
The strength is 5 times higher than that without Si doping.
And more than 60 times the maximum. FIG. 3 also shows the supplied Ge and the obtained Ge.
Ge-doped In0.25Ga0.75N photoluminescence
It is a figure which shows the relationship of intensity | strength. This is also a carrier gas
Nitrogen at 2 liters / minute and TMG as raw material gas at 2 ×
10-6Mol / min, TMI 20 × 10-6Mol / min, NH
3 at 4 liters / min under the same conditions as above,
By changing the supply amount of germane gas to dope Ge,
Ge doped In on GaN layer0.25Ga0.75N
After growing and growing, the resulting Ge-doped In0.25Ga0.75
The photoluminescence intensity at 450 nm of the N layer
Measured. This figure also shows the shape on the GaN layer.
No dope In0.25Ga0. 75N-layer photo
Indicated by relative intensity when the luminescence intensity is set to 1.
I have. In FIG. 3, as in FIG.
Therefore, the photoluminescence intensity of InGaN is dramatically increased.
And the molar ratio of germanium in the source gas
1 × 10-FourBy adjusting to ~ 0.5
The strength is 5 times higher than that without Si doping.
More than doubled, up to 60-70 times
You can see that Growing InGaN as described above
As a result, 10% of Si or Ge16/
cmThree-10twenty two/cmThreeCan be doped. Photole
From the luminescence results, the optimal value is 1018-1020
/cmThreeIt is. According to the growth method of the present invention, the carrier
Growth temperature higher than 600 ° C by using nitrogen as gas
In the degree, decomposition of InGaN can be suppressed,
Even if InN is decomposed to some extent, indium in the source gas
Supply high quality to obtain high quality InGaN
Can be. Furthermore, conventionally, I
While growing nGaN layer, sapphire and InGa
Since the lattice constant mismatch with N is about 15% or more,
It is considered that the crystallinity of the obtained crystal deteriorates. on the other hand,
In the present invention, it is grown on a GaN or GaAlN layer
Thereby, the lattice constant irregularity is reduced to 5% or less.
To form InGaN with excellent crystallinity.
Can be FIG. 4 shows InG grown on the GaN layer.
aN, which is remarkably expressed, and in the conventional method,
The photoluminescence spectrum of InGaN is completely
Although measurement could not be performed, crystallinity was clearly improved in the present invention.
Emission peak in the 450 nm blue region.
Have been. In the growth method of the present invention, the Ga
A part of Ga of N may be replaced by Al.
is there. Further, doping with Si and Ge
Photoluminescence compared to undoped
It is possible to dramatically increase the sense intensity from 5 to 70 times.
Wear. This is due to the crystallinity due to the effect of Si and Ge,
This is a significant indication that quality has been improved. FIG.
FIG. 4 is a diagram showing this, and the spectrum is shown in a range of 1/50 of FIG.
This is a measurement of
You can see that. [0021] BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.
Is explained in detail. FIG. 1 shows the MOC used in the growth method of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a main part of the VD device,
Shows the structure of the reactor and the gas system diagram that communicates with the reactor.
ing. 1 is a counter connected to a vacuum pump and an exhaust device.
Reaction vessel, 2 is a susceptor for mounting a substrate, 3 is a susceptor
Heater for heating the heater, 4 rotates the susceptor, moves up and down
The control axis to be moved, 5 is inclined or horizontal to the substrate
Nozzle for supplying raw material gas to the nozzle, 6 based on inert gas
By feeding the gas vertically toward the plate,
It acts on the plate surface to bring the source gas into contact with the substrate.
The conical quartz tube 7 is a substrate. TMG, T
The source of organometallic compounds such as MI is a trace amount of bubbling gas
Doping gas such as silane and germane
The reaction volume is controlled by the carrier gas
Supplied inside the vessel. Example 1 First, sapphire was thoroughly cleaned.
A Set the substrate 7 on the susceptor 2 and
Is enough to replace. Next, while flowing hydrogen from the quartz nozzle 5,
Raise the temperature to 1050 ° C with heater 3 for 20 minutes
The sapphire substrate 7 is held and cleaned. Subsequently, the temperature is lowered to 510 ° C.
Ammonia (NHThree)4Liters / minute and key
While flowing hydrogen at 2 liters / minute as carrier gas,
TMG 27 × 10−6Flow for mol / min and hold for 1 minute
Growing GaN buffer layer to about 200 Å
You. During this time, 10 hydrogen was supplied from the conical quartz tube 7.
Liters / minute and nitrogen at 10 liters / minute
And slowly rotate the susceptor 2. After the growth of the buffer layer, only TMG is stopped,
Increase temperature to 1030 ° C. The temperature reaches 1030 ° C
If TMG is used as a carrier gas,
× 10−6Grown at a flow rate of 30 mol / min for 30 min.
The layer is grown 2 μm. After growing the GaN layer, the temperature is increased to 800 ° C.
Switch the carrier gas to nitrogen and use 2 liters of nitrogen /
Min, TMG is 2 × 10-6Mol / min, TMI 20 × 10
-6Mol / min, 2 × 10-9Mol / min, ammo
While flowing near at 4 L / min.
The aN layer is grown for 60 minutes. During this time, conical
The gas supplied from the quartz tube 7 is only nitrogen,
Continue to flow at liters / minute. The InGaN layer obtained as described above
Taking the X-ray rocking curve, In0.25Ga0.75N
It has a peak where the composition is shown, and its half width is
6 minutes. This value of 6 minutes has been reported previously
Of the InGaN according to the method of the present invention.
It shows that the crystallinity is very good. Also, S
When Si in InGaN was measured by IMS,
2 × 1019/cmThreeMet. Example 2 After the GaN layer was grown, TMG was
× 10-6Mol / min, TMI 20 × 10-6Mol / min,
2 × 10-8Except for flowing at mol / min.
Similarly, a Ge-doped InGaN layer was grown. He-Cd laser is applied to the obtained InGaN layer.
When the photoluminescence is measured by irradiating
It has an emission peak at 450 nm and is X-ray locking
When the curve is measured, In0.25Ga0.75Shows the composition of N
However, it has a peak and its half width is also 6 minutes.
Met. The Ge concentration in InGaN is about 1 ×
1019/cmThreeMet. Example 3 After growing the GaN layer, the TMI was increased to 2
× 10-7Except for the flow at mol / min, S
An i-doped InGaN layer was grown. X-ray rocking force of the obtained InGaN layer
When the probe is measured, In0.08Ga0. 92The composition of N
It had a peak at that time, and its half width was 6 minutes.
Was. In addition, irradiation of He-Cd laser
When the luminescence was measured, a strong purple In at 390 nm was observed.
Inter-band light emission of GaN was observed. [Embodiment 4] Growth of buffer layer of Embodiment 1
After that, stop only TMG and raise the temperature to 1030 ℃
You. When the temperature reaches 1030 ° C, carry hydrogen again.
54 × 10 TMG as Agus−6Mol / min, TMA
To 6 × 10-6Grown at a flow rate of 30 mol / min for 30 min.
0.9Al0.1Same as Example 1 except that the N layer is grown by 2 μm
Then Ga0. 9Al0.1Si doped InGaN on N layer
Layers were grown. As a result, X of the obtained InGaN layer
The line rocking curve is also In0.25Ga0.75Set of N
The peak has a peak at a point where
Minutes. The Si concentration was 2 × 1019/cmThreeSame as
there were. [0033] According to the growth method of the present invention, conventionally,
It was possible to grow single crystals of InGaN layer
Can be grown by doping with Si and Ge.
And its crystallinity and quality can be further improved.
You. Therefore, practical InGaN can be obtained by the present invention.
Because it will be stacked in a blue light emitting device to be developed in the future
The conductor material can be made into a double heterostructure, and a blue laser die
Aether becomes feasible, and its industrial utility value is great.
No.

【図面の簡単な説明】 【図1】 本発明の成長方法の一実施例に使用したMO
CVD装置の主要部の構成を示す概略断面図。 【図2】 本発明の成長方法による、供給したSiと、
得られたSiドープInGaNのフォトルミネッセンス
強度の関係を示す図。 【図3】 本発明の成長方法による、供給したGeと、
得られたGeドープInGaNのフォトルミネッセンス
強度の関係を示す図。 【図4】 本発明の一実施例の工程で得られるInGa
Nのフォトルミネッセンス測定によるスペクトルを示す
図。 【図5】 本発明の一実施例によるInGaNのフォト
ルミネッセンス測定によるスペクトルを示す図。 【符号の説明】 1・・・反応容器、 2・・・サセプター、 3・・・ヒーター、 4・・・制御軸、 5・・・石英ノズル、 6・・・コニカル石英チューブ、 7・・・基板。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 shows an MO used in an embodiment of the growth method of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of a main part of the CVD apparatus. FIG. 2 shows the supplied Si and the growth method according to the present invention;
The figure which shows the relationship of the photoluminescence intensity of the obtained Si doped InGaN. FIG. 3 shows the supplied Ge and the growth method according to the present invention;
The figure which shows the relationship of the photoluminescence intensity of the obtained Ge doped InGaN. FIG. 4 shows InGa obtained in the process of one embodiment of the present invention.
The figure which shows the spectrum by the photoluminescence measurement of N. FIG. 5 is a diagram showing a spectrum by photoluminescence measurement of InGaN according to one embodiment of the present invention. [Description of Signs] 1 ... reactor vessel, 2 ... susceptor, 3 ... heater, 4 ... control shaft, 5 ... quartz nozzle, 6 ... conical quartz tube, 7 ... substrate.

フロントページの続き Fターム(参考) 5F041 AA40 CA40 CA57 CA58 CA65 CA67 5F045 AA04 AB17 AC01 AC08 AC12 AC15 AC19 AD12 AF04 AF05 BB12 Continuation of front page    F term (reference) 5F041 AA40 CA40 CA57 CA58 CA65                       CA67                 5F045 AA04 AB17 AC01 AC08 AC12                       AC15 AC19 AD12 AF04 AF05                       BB12

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】 基板上に、次に成長させるGaN層又は
AlGaN層より低温で成長させたバッファ層とそのバ
ッファ層の上に成長されたGaN層又はAlGaN層と
を介して形成された、Si若しくはGeが1018〜10
20/cm3の範囲でドープされた単結晶からなる窒化イ
ンジウムガリウム半導体(InXGa1 -XN、0<X<
0.5)。
Claims 1. A GaN layer or AlGaN layer grown on a substrate at a lower temperature than a GaN layer or AlGaN layer to be grown next and a GaN layer or AlGaN layer grown on the buffer layer. Formed of Si or Ge is 10 18 to 10
20 / doped in the range of cm 3 has been indium gallium nitride semiconductor made of monocrystalline (In X Ga 1 -X N, 0 <X <
0.5).
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