JP2003303993A - 窒化ガリウム系化合物半導体装置の製造方法及び発光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＧａＮを用いた発光素子において、発光ピー
ク波長を任意に制御する。 【解決手段】 発光素子は、基板１０上に順次ｎ型Ｇａ
Ｎ層１２、ＩｎＧａＮ発光層１６，ｐ型ＧａＮ層２０、
ｐ型電極２２及びｎ型電極２４を積層して構成させる。
基板１０の裏面に不連続的に金属膜や溝を形成し、基板
裏面側からヒータで加熱する際に基板１０の面内で温度
分布を形成する。基板１０の温度分布により、ＩｎＧａ
Ｎ発光層１６成長時に成長温度分布が生じ、温度の高い
部分ではＩｎの組成が小さく、温度が低い部分ではＩｎ
の組成が大きくなり発光ピーク波長が変化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は窒化ガリウム（Ｇａ
Ｎ）系化合物半導体装置の製造方法及び発光装置に関
し、特に発光スペクトルの調整に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ＧａＮ系化合物半導体を用い
た発光装置（ＬＥＤや半導体レーザ）が知られている。
例えば、波長３６０〜６００ｎｍ帯で発光するＬＥＤ
は、Ｉｎ _XＧａ_1-XＮ（０≦ｘ≦１）を活性層（発光層）
として用いる場合が多い。Ｉｎ_xＧａ_1-xＮを発光層とし
て用いた場合、組成ｘを変化させることで発光波長は３
６０ｎｍ〜６００ｎｍの範囲で変化する。すなわち、ｘ
＝０の場合は発光波長３６０ｎｍであり、ｘを増大させ
るほど長波長側にシフトし、ｘ＝１において発光波長６
００ｎｍとなる。３６０ｎｍ〜６００ｎｍの波長帯は、
人間の視感度のほぼ全領域をカバーすることから（一般
的には、可視光領域は３８０ｎｍ〜７７０ｎｍであ
る）、表示用や照明用など多くの用途が考えられてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】表示用の光源として考
えた場合、原理的には光の３原色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を混ぜ
ることで任意の色を表現できるため、光源のスペクトル
としてはＲ、Ｇ、Ｂの３つの波長を有していれば足り、
全ての視感度領域の波長を有する必要はない。

【０００４】しかしながら、より自然に近い色や、白色
あるいは液晶ディスプレイのバックライトとして自然な
色を表現するためには、光源の波長分布はできるだけ広
く、望ましくは全ての視感度領域をカバーできる方がよ
い。Ｉｎ_xＧａ_1-xＮを発光層として用いた場合、上記の
如く組成ｘを変化させることで発光波長を変化させるこ
とができるが、従来においては組成ｘをある一定値に調
整してＲ、Ｇ、Ｂに相当する発光デバイスをそれぞれ作
製するのみで、広い半値幅を有する発光デバイス、ある
いは発光スペクトルを適宜調整することができる発光デ
バイスは得られていなかった。

【０００５】本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑
みなされたものであり、その目的は、発光スペクトルが
広く、あるいは、発光スペクトルを所望の値に適宜設定
することができる発光装置及び製造方法を提供すること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、窒化ガリウム系化合物半導体装置を製造
する方法であって、基板上に窒化ガリウム系化合物半導
体層を形成する際に、面内で温度分布を生じさせつつ前
記窒化ガリウム系化合物半導体層を形成するステップを
有することを特徴とする。

【０００７】ここで、前記温度分布は、前記基板の裏面
に不連続的に膜を形成し、前記基板の裏面側から加熱す
ることで生成される。

【０００８】前記膜は、例えばストライプ状に形成する
ことができ、この場合、ストライプ状の膜の幅及び間隔
は前記基板の厚さ以上に設定することが好適である。

【０００９】前記膜は、例えばモリブデンあるいはチタ
ンを用いることができる。

【００１０】また、前記温度分布は、前記基板の裏面に
不連続的に溝を形成し、前記基板の裏面側から加熱する
ことで生成される。

【００１１】また、前記温度分布は、前記窒化ガリウム
系化合物半導体層を形成する際に、局所的に熱エネルギ
を印加することにより生成される。

【００１２】前記熱エネルギは、光源からの光を照射す
ることで印加され得る。

【００１３】本発明の方法において、さらに、前記窒化
ガリウム系化合物半導体層を形成した後、前記基板の裏
面を研磨するステップとを有することが好適である。

【００１４】また、前記窒化ガリウム系化合物半導体
は、Ａｌ_yＩｎ_xＧａ_1-x-yＮ（但し、０≦ｘ≦１、０≦
ｙ≦１）を含むことが好適であり、また、前記窒化ガリ
ウム系化合物半導体層は、発光層であることが好適であ
る。

【００１５】本発明において、さらに、前記窒化ガリウ
ム系化合物半導体層に電圧を印加するためのｐ電極及び
ｎ電極を形成するステップを有し、前記ｐ電極及びｎ電
極は前記温度分布の高い領域と低い領域にわたって共通
形成されることが好適である。

【００１６】また、本発明において、さらに、前記窒化
ガリウム系化合物半導体層に電圧を印加するためのｐ電
極及びｎ電極を形成するステップを有し、前記ｐ電極あ
るいはｎ電極のいずれかは前記温度分布の高い領域と低
い領域毎に個別形成されることも好適である。

【００１７】本発明は、窒化ガリウム系化合物半導体を
発光層に用いた発光装置も提供する。この装置は、基板
と、前記基板上に形成された、面内温度分布に起因して
面内組成分布を有する窒化ガリウム系化合物半導体発光
層と、前記発光層に電圧を印加するために形成されたｐ
電極及びｎ電極とを有し、前記ｐ電極及びｎ電極は前記
発光層の前記組成が異なる部位にわたって共通形成さ
れ、前記発光層の前記組成が異なる部位に同時に電圧が
印加され発光することを特徴とする。

【００１８】また、本発明は、窒化ガリウム系化合物半
導体を発光層に用いた発光装置であって、基板と、前記
基板上に形成された、面内温度分布に起因して面内組成
分布を有する窒化ガリウム系化合物半導体発光層と、前
記発光層に電圧を印加するために形成されたｐ電極及び
ｎ電極とを有し、前記ｐ電極あるいはｎ電極のいずれか
は前記発光層の前記組成が異なる部位毎に個別形成さ
れ、前記発光層の前記組成が異なる部位に択一的に電圧
が印加され発光することを特徴とする。

【００１９】前記窒化ガリウム系化合物半導体は、Ａｌ
_yＩｎ_xＧａ_1-x-yＮ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）
を含むことが好適である。

【００２０】また、本発明の発光装置は、基板と、前記
基板上に形成されたｎ型ＧａＮ層と、前記ｎ型ＧａＮ層
上に形成された、面内温度分布に起因して面内組成分布
を有するＡｌ_yＩｎ_xＧａ_1-x-yＮ（但し、０≦ｘ≦１、
０≦ｙ≦１）発光層と、前記発光層上に形成されたｐ型
ＧａＮ層と、前記ｎ型ＧａＮ層に接するように形成され
たｎ電極と、前記ｐ型ＧａＮ層に接するように形成され
たｐ電極とを有し、前記ｐ電極及びｎ電極は前記発光層
の組成が異なる部位にわたって共通形成されることを特
徴とする。

【００２１】また、本発明の発光装置は、基板と、前記
基板上に形成されたｎ型ＧａＮ層と、前記ｎ型ＧａＮ層
上に形成された、面内温度分布に起因して面内組成分布
を有するＡｌ_yＩｎ_xＧａ_1-x-yＮ（但し、０≦ｘ≦１、
０≦ｙ≦１）発光層と、前記発光層上に形成されたｐ型
ＧａＮ層と、前記ｎ型ＧａＮ層に接するように形成され
たｎ電極と、前記ｐ型ＧａＮ層に接するように形成され
たｐ電極とを有し、前記ｐ電極は前記発光層の前記組成
が異なる部位毎に個別形成されることを特徴とする。

【００２２】このように、本発明では、窒化ガリウム系
化合物半導体を形成する際に、面内温度分布を生じさせ
ることで組成変化を生じさせる。ＩｎＧａＮやＡｌＧａ
Ｎ、あるいは一般的にＡｌ_yＩｎ_xＧａ_1-x-yＮを形成す
る際、その組成は温度変化に対して高感度に変化し、組
成変化は発光波長の変化を生じさせる。したがって、同
一デバイス内で意図的に面内温度分布を生じさせること
で、同一デバイス内で発光波長を広範囲に変化させるこ
とが可能となり、組成の異なる領域を同時に駆動するこ
とで多数の発光ピーク波長が互いに重畳された広帯域ス
ペクトル特性を得ることができる。あるいは、同一デバ
イス内で組成の異なる領域を同時に駆動するのではな
く、択一的に駆動することで、発光ピーク波長を切替制
御することも可能となる。例えば、３６０ｎｍの発光ピ
ーク波長と６００ｎｍの発光ピーク波長を同一デバイス
で切替制御することができるようになり、デバイスの汎
用性あるいはフレキシビリティを著しく高めることにな
る。

【００２３】ＧａＮ系化合物半導体層に面内温度分布を
生じさせるには、基板面内で温度分布を形成することで
ＧａＮ系化合物半導体の成長温度に分布を形成する他、
基板面内は均一温度とし、ＧａＮ系化合物半導体成長時
に外部から熱エネルギを局所的に印加する方法がある。
前者の場合、基板裏面を加工して熱伝導特性に分布を形
成すればよく、基板裏面に不連続的に膜（例えば金属
膜）を形成して局所的に熱伝導率を増減させる、あるい
は基板裏面に溝を形成して熱伝導率を局所的に低下させ
ればよい。ＩｎＧａＮの場合、温度が高いとＩｎの組成
が低下して発光ピーク波長が短波長側にシフトし、温度
が低いとＩｎの組成が増大して発光ピーク波長が長波長
側にシフトする。シフト量は、温度分布量で制御され
る。後者の場合、熱エネルギは光を照射することで印加
できる。面内温度分布を形成するには、光を十分絞り込
んで局所的に照射することが必要であり、光源とレンズ
の組み合わせが好適である。レーザ光を絞り込んで照射
することも可能である。ＭＯＣＶＤ法を用いて基板上に
ＧａＮ系化合物半導体を成長させる際、ＭＯＣＶＤ装置
の内部あるいは外部に光源を設け、光源からの光で局所
的に加熱する。温度分布は照射エネルギで制御される。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施
形態について説明する。

【００２５】＜第１実施形態＞図１には、本実施形態に
係るＧａＮ系化合物半導体を用いたＬＥＤの基本構成が
示されている。基板１０上に順次ｎ型ＧａＮ層１２、Ｓ
ｉドープＧａＮ層１４、ＩｎＧａＮ発光層１６，ＡｌＧ
ａＮ層１８、ｐ型ＧａＮ層２０が積層され、ｐ型ＧａＮ
層２０に接してｐ電極２２、ｎ型ＧａＮ層１２に接して
ｎ電極が形成される構成である。

【００２６】図１に示されたＬＥＤは以下のプロセスに
より作製される。すなわち、まず、ＭＯＣＶＤ装置にて
サファイアｃ面基板を水素雰囲気中で１１００℃、１０
分間熱処理する。そして、温度を５００℃まで降温さ
せ、シランガスとアンモニアガスを１００秒間供給して
不連続なＳｉＮ膜を基板１０上に形成する。なお、この
プロセスはデバイス中の転位密度を低減させるためのも
のであり、図ではＳｉＮ膜は省略している。次に、同一
温度でトリメチルガリウム及びアンモニアガスを供給し
てｎ型ＧａＮ層１２を２０ｎｍ厚成長させる。温度を１
０５０℃に昇温し、再びトリメチルガリウム及びアンモ
ニアガスを供給してＳｉドープＧａＮ層１４を４μｍ厚
成長させる。その後、温度を７００℃程度まで降温して
ＩｎＧａＮ発光層１６を２ｎｍ厚成長させる。目標組成
はｘ＝０．１５、すなわちＩｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎである。
発光層１６成長後、温度を１０００℃まで昇温してＡｌ
ＧａＮ正孔注入層１８を成長させ、さらにｐ型ＧａＮ層
２０を成長させる。

【００２７】ｐ型ＧａＮ層２０を成長させた後、ウエハ
をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、Ｎｉ１０ｎｍ厚、Ａｕ
１０ｎｍ厚を順次真空蒸着で成長層表面に形成する。５
％の酸素を含む窒素ガス雰囲気中で５２０℃熱処理する
ことで金属膜はｐ型透明電極２２となる。透明電極形成
後、全面にフォトレジストを塗布し、ｎ型電極形成のた
めのエッチングをフォトレジストをマスクとして行う。
エッチング深さは、例えば６００ｎｍ程度である。エッ
チングで露出したｎ型ＧａＮ層１２上にＴｉ５ｎｍ厚、
Ａｌ５ｎｍ厚を形成し、窒素ガス雰囲気中で４５０℃３
０分間熱処理してｎ型電極２４を形成する。

【００２８】最後に、基板１０の裏面を１００μｍまで
研磨してチップを切り出し、マウントすることでＬＥＤ
発光デバイスが得られる。

【００２９】Ｉｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ発光層１６の発光ピー
ク波長は４５０ｎｍ、発光スペクトルの半値幅は約１５
〜２０ｎｍである。発光ピーク波長は、ＩｎＧａＮの成
長温度に敏感で、例えば成長温度が１０℃異なると発光
ピーク波長は２０ｎｍ以上変化する。これは、ＩｎＧａ
Ｎの成長温度がＩｎＮの蒸発温度（約５００℃）より高
いので、Ｉｎ_XＧａ_1-xＮの組成ｘが、ＩｎＮの蒸発率と
ＩｎＧａＮの供給率とのバランスで決定されるからであ
る。具体的には、温度が高いと、ＩｎＮが蒸発してＩｎ
組成ｘは低下し、組成ｘの低下に伴い発光波長が短波長
側にシフトする。

【００３０】また、温度が低いと、ＩｎＮの蒸発が抑制
され、Ｉｎ組成ｘが増大して発光波長が長波長側にシフ
トする。

【００３１】このことは、同一ウエハ面内において温度
分布が存在すると、その温度分布に起因して発光ピーク
波長が変化することを意味し、逆に、ウエハ面内で意図
的に温度分布を生ぜしめることで異なる発光ピーク波長
を有する領域を形成できることを意味する。すなわち、
温度分布を形成することで複数の発光波長ピークを任意
に形成できるのである。本実施形態においては、このよ
うな原理に基づき、ウエハ内において意図的に温度分布
を形成し、これにより発光層１６の組成に分布を生ぜし
めて発光ピーク波長を変化させる。

【００３２】図２には、本実施形態において面内温度分
布を生成するための方法が示されている。基板１０の裏
面側、すなわちＧａＮ層が形成される表面とは反対側に
不連続的に金属膜１１を形成する。金属膜１１は、例え
ばストライプ状に形成する。金属膜１１材料としては、
ＧａＮの成長温度よりも高い融点を有し、かつ、アンモ
ニアなどの原料ガスと反応しない（あるいは反応が少な
い）材料を用いることが必要であり、具体的にはＭｏ
（モリブデン）やＴｉ（チタン）を用いることができ
る。膜の材料として金属ではなく、半導体あるいは絶縁
体を用いることも可能である。サファイア基板は絶縁体
で透明であり、基板の加熱はヒータ加熱された基板ホル
ダに基板を接触させて行われる。基板１０の裏面に不連
続的に金属膜１１を形成すると、基板ホルダからの放射
熱はこの金属膜１１により吸収されて基板１０に伝達さ
れ、また、基板ホルダとの熱的接触状態が変化すること
で金属膜が形成された部分と形成されていない部分とで
熱伝導に差が生じ、結果として基板に温度分布が生じ
る。したがって、不連続に金属膜１１が形成された基板
１０を用いて図１に示されるような発光デバイスを形成
すると、金属膜１１が形成された部分と形成されていな
い部分においてＩｎＧａＮ発光層１６のＩｎ組成ｘに分
布が生じ、発光ピーク波長が異なる領域を生成できる。

【００３３】なお、温度分布が生じるとＩｎＧａＮの成
長温度分布が生じ、これにより組成だけでなくＩｎＧａ
Ｎ層の厚さも変化する。ＩｎＧａＮの発光ピーク波長は
その厚さにも依存するため、厳密には、温度分布により
組成分布及び層厚分布が生じ、これにより発光ピーク波
長がシフトすると云うことができる。

【００３４】

【実施例１】図３には、本実施例における発光デバイス
の構成が示されている。３３０μｍ厚のサファイア基板
１０の裏面に５０ｎｍ厚のＴｉを電子ビーム蒸着法とフ
ォトリソグラフィ法を用いてストライプ状に形成した。
ストライプ幅（ｓ）とストライプ間隔（ｗ）を同一とし
（ｓ＝ｗ）、それらを種々変化させて同一サファイア基
板１０の裏面に形成した。基板１０を基板ホルダに載置
してヒータで加熱し、順次ｎ型ＧａＮ層１２、ＩｎＧａ
Ｎ発光層１６、ｐ型ＧａＮ層２０を形成した。ＩｎＧａ
Ｎ発光層１６からの発光をフォトルミネセンス法により
測定した。測定に際しては、励起光源のスポット系を１
０μｍ程度にレンズで絞り、狭い領域からの発光を観測
するように注意した。フォトルミネセンスピーク波長
は、基板裏面のＭｏのストライプ幅ｓに依存した。基板
ホルダの温度を変化させて測定した。測定結果を表１及
び表２に示す。

【００３５】

【表１】

【表２】 なお、表１における基板ホルダ温度は７００℃、表２に
おける基板ホルダ温度は６７０℃である。ｓ＝ｗ＝２０
０μｍを越えると基板１０の裏面にＴｉを形成している
領域と形成していない領域でフォトルミネセンスピーク
波長がシフトし始めることが分かる。例えば、ｓ＝ｗ＝
２００μｍでは、Ｔｉを形成していない領域で４４０ｎ
ｍであり、Ｔｉを形成している領域で４４５ｎｍであっ
て、Ｔｉを形成していない領域では短波長側にシフトし
ている。これは、Ｔｉを形成している領域では温度が低
くなり、Ｉｎの組成ｘが増加したことを意味している。

【００３６】また、表１と表２を対比すると、成長温度
を低くしてＩｎ組成を増大させた方（表２）がそのシフ
トが大きくなることも分かる。ストライプ間隔ｗが基板
１０の厚さよりも狭い場合、すなわち、ｗ＜３３０μｍ
の場合、基板１０表面での温度分布は形成され難い。発
光波長から基板１０表面における温度分布を見積もる
と、ｓ＝ｗ＝５００μｍのときに約１０℃の温度差が生
じていると考えられる。

【００３７】

【実施例２】同様の実験を５０μｍ厚のサファイア基板
を用いて行った。その結果を以下の表に示す。

【００３８】

【表３】

【表４】 なお、表３は基板ホルダ温度が７００℃の場合であり、
表４は６７０℃の場合である。ｓ＝ｗ＝５０μｍに着目
すると、Ｔｉを形成していない領域の発光波長４８５ｎ
ｍに対し、Ｔｉを形成している領域の発光波長４９５ｎ
ｍであり、ｓ＝ｗ＝５０μｍでも発光ピーク波長がシフ
トすることが分かる。また、ストライプ幅ｓの増加とと
もにシフト量も大きくなるが、ある値で飽和する傾向が
あることも分かる。

【００３９】これらの結果より、ストライプ間隔ｗと幅
ｓは、基板の厚さ以上に設定すれば発光ピーク波長のシ
フトを起こさせる効果があると云える。また、ストライ
プ幅及びストライプ間隔が同一でも、成長温度が低い方
がより効果的であると云うこともできる。

【００４０】なお、デバイス作成に際しては、最終段階
で基板の裏面を研磨するため、裏面に形成したＴｉはデ
バイス特性に影響することはない。

【００４１】さらに、実施例１及び実施例２において、
Ｔｉの代わりにＭｏを用いた実験も行ったが、ほぼ同一
の結果が得られた。

【００４２】

【実施例３】本実施例では、電極を形成して電圧を印加
する実験を行った。まず、５０μｍ厚のサファイア基板
の裏面にＴｉをストライプ状に蒸着した。ストライプ幅
ｓとストライプ間隔ｗはともに基板の厚さよりも大きい
２００μｍとした。ＭＯＣＶＤ装置にて１１００℃の水
素雰囲気中で１０分間熱処理し、その後温度を５００℃
まで降温してシランガスとアンモニアガスを１００秒間
流すことで不連続なＳｉＮ膜を基板上に形成した。続い
て、同じ温度で２０ｎｍ厚のｎ型低温ＧａＮバッファ層
をトリメチルガリウム及びアンモニアガスを供給して成
長させた。温度を１０５０℃に昇温して再びトリメチル
ガリウム及びアンモニアガスを供給して４μｍ厚のｎ型
ＧａＮ層を成長させた。その後、温度を６７０℃に下げ
て２．５ｎｍ厚のＩｎＧａＮ発光層を成長させた。温度
を１０００℃に昇温してＡｌＧａＮ正孔注入層、及びｐ
型ＧａＮ層を順次成長させてＬＥＤウエハを作成した。
ウエハをＭＯＶＣＤ装置から取り出し、ウエットエッチ
ングにより基板裏面のＴｉを除去した。Ｎｉ１０ｎｍ
厚、Ａｕ１０ｎｍ厚を順次真空蒸着して成長層表面に形
成した。５％の酸素を含む窒素ガス雰囲気中で５２０℃
で熱処理して金属膜をｐ型透明電極とした。全面にフォ
トレジストを塗布し、フォトレジストをエッチングマス
クとしてエッチングを行った。エッチング深さは４００
ｎｍである。エッチングにより露出したｎ型ＧａＮ層上
にＴｉ５ｎｍ厚、Ａｌ５ｎｍ厚を形成し、窒素ガス雰囲
気中で４５０℃で３０分間熱処理した。この工程により
ｎ電極を形成した。さらに、リフトオフによりｐ電極と
ｎ電極の一部にワイヤボンディング用の２００ｎｍ厚の
Ａｕを真空蒸着で形成し、その後基板裏面をスクラブし
てチップを切り出し、マウントしてＬＥＤデバイスを作
成した。

【００４３】図４には、作製されたＬＥＤデバイスの平
面図が示されている。デバイスのサイズは３００×２０
０μｍ²である。図において、斜線部分が基板裏面にＴ
ｉを形成した領域である。ｐ型透明電極２２及びｎ型電
極２４は、基板裏面にＴｉが形成された領域と形成され
ていない領域にわたって共通形成されている。ｐ型透明
電極２２の一部（Ｔｉが形成された領域と形成されてい
ない領域の境界）にワイヤボンディング用のＡｕパッド
２６が形成されている。両領域の面積比ｒをｒ＝（Ｔｉ
形成領域面積／Ｔｉ非形成領域面積）とし、面積比ｒを
変化させると発光スペクトルが変化した。２０ｍＡの電
流を流したとき、４８２ｎｍと４９９ｎｍに２つのピー
クを持つスペクトルが得られた。

【００４４】図５には、ｒ＝１のときの発光スペクトル
が示されている。ｒ＝１のとき、ピーク強度の比（４８
３ｎｍ／５０５ｎｍ）は約１．４であった。４８２ｎｍ
と４９９ｎｍの間では、両方のピークの裾が重なるた
め、４６０〜５２０ｎｍの広範囲にわたって発光スペク
トルを有する光が得られた。

【００４５】

【実施例４】ｐ型透明電極２２をＴｉが形成された領域
と形成されていない領域毎に個別形成し、個別に電流を
流した。図６には、本実施例におけるデバイスの平面図
が示されている。実施例３と同様、斜線部分は基板裏面
にＴｉが形成された領域である。Ｔｉが形成された領域
と形成されていない領域にそれぞれｐ型透明電極２２が
形成され、それぞれにＡｕパッド２６が形成される。な
お、ｎ型電極２４は共通である。Ｔｉが形成されていな
い領域では４８２ｎｍにピークを有する発光スペクトル
が得られ、Ｔｉが形成されている領域では４９９ｎｍに
ピークを有する発光スペクトルが得られた。したがっ
て、両領域に個別にｐ型透明電極２２を形成し、これら
に択一的に電圧を印加して択一的に通電することで、図
７に示されるように２つの発光スペクトルＩ、ＩＩを切
替制御できるＬＥＤデバイスが得られた。

【００４６】＜第２実施形態＞上述した第１実施形態に
おいては、基板１０の裏面に不連続的に金属膜１１を形
成して温度分布を形成しているが、基板１０の裏面に凹
凸を形成して温度分布を形成することも可能である。具
体的には、図８に示されるように、基板１０の裏面に溝
１０ａを形成する。溝１０ａは、例えばダイヤモンド粒
を埋め込んだ切削回転円盤（ブレード）によりウエハを
切断する装置を用いて形成することができる。溝１０ａ
の幅はブレードの厚さで決定され、例えば２００μｍと
することができる。溝１０ａの深さは、３３０μｍのサ
ファイア基板に対し、２７０μｍ等とすることができ
る。

【００４７】

【実施例５】図９には、裏面に溝１０ａが形成された基
板１０を基板ホルダ１０２上に載置し、ヒータ１００で
加熱する状態が示されている。各部の寸法は、サファイ
ア基板１０は３３０μｍ厚、溝１０ａの幅は２００μ
ｍ、溝１０ａの深さは２７０μｍである。基板１０を基
板ホルダに載置してヒータで加熱し、順次ｎ型ＧａＮ層
１２、ＩｎＧａＮ発光層１６、ｐ型ＧａＮ層２０を形成
した。ＩｎＧａＮ発光層１６からの発光をフォトルミネ
センス法により測定した。測定に際しては、励起光源の
スポット系を１０μｍ程度にレンズで絞り、狭い領域か
らの発光を観測するように注意した。基板ホルダ温度を
７００℃として成長させた場合、溝１０ａ上部での発光
ピーク波長は４４５ｎｍであった。一方、溝１０ａを形
成していない領域での発光ピーク波長は４４０ｎｍであ
り、約５ｎｍの波長シフトが観測された。これは、溝１
０ａが存在する領域では、基板ホルダ１０２からの熱伝
導が低下し、ＩｎＧａＮ発光層１６の成長温度が溝１０
ａの存在していない領域に比べて低下したことに起因す
るものである。このように、基板１０の裏面に溝１０ａ
を形成して凹凸を形成することで基板１０面内において
温度分布を形成し、これによりＩｎＧａＮ発光層１６の
成長温度に面内分布が生じ、組成分布を生じて発光ピー
ク波長をシフトさせることができる。

【００４８】なお、基板１０の溝１０ａが存在しない平
坦部分では基板表面は主に基板を通しての熱伝導により
加熱される。一方、溝１０ａが存在する部分では溝１０
ａの中での放射やガスの対流により基板裏面が加熱さ
れ、その後基板を通しての熱伝導で加熱される。但し、
溝１０ａ内部での対流や平坦部分での熱接触は基板裏面
の表面状態や基板の反り、微少ゴミなどによる基板の浮
き上がりなど多くのパラメータの影響を受けることにな
る。したがって、基板の表面状態をできるだけクリーン
な状態とし、基板の反りや微少ゴミなどは極力排除する
ことが再現性の観点からは好ましい。

【００４９】本実施例では、基板１０の裏面に溝１０ａ
を形成することで裏面が凹凸状態となっているが、最終
工程では基板裏面を研磨して基板厚さを１００μｍ以下
とするため、デバイス作製時における溝１０ａは最終的
なデバイスには存在せず、その特性に影響を与えること
はない。

【００５０】

【実施例６】基板１０の裏面に溝１０ａを形成して実施
例３と同様にＬＥＤデバイスを作製した。すなわち、ｐ
型透明電極２２を溝１０ａが形成された部位と形成され
ていない部位で共通形成した。この場合、溝１０ａを形
成しない平坦な基板を用いて作製されたＬＥＤデバイス
に比べ、約５ｎｍ〜１０ｎｍ半値幅の広いＬＥＤデバイ
スが得られた。

【００５１】＜第３実施形態＞第１実施形態及び第２実
施形態では、基板の裏面を加工することで基板面内に温
度分布を形成し、これによりＩｎＧａＮ発光層の成長温
度に面内分布を生じさせているが、基板は従来技術と平
坦なものを用いてヒータで均一に加熱し、ＩｎＧａＮ発
光層を成長させるときに直接的に成長温度に面内温度分
布を生じさせることも可能である。すなわち、ＩｎＧａ
Ｎ発光層を成長させるときに局所的に熱エネルギを印加
して温度分布を形成するのであり、例えばＭＯＣＶＤ装
置に設けられた観察用の光学窓を通して外部から光を照
射し、発光層の成長温度を制御する。

【００５２】

【実施例７】図１０には、本実施例の構成図が示されて
いる。ＭＯＣＶＤ装置１０４内に基板１０、基板ホルダ
１０２及びヒータ１００を配置し、基板１０の裏面をヒ
ータ１００で加熱する。さらに、ＭＯＣＶＤ装置１０４
の光学窓１０６を介して光源１１０からの光をレンズ１
０８で集光して基板１０の表面に照射した。光源１１０
あるいはレンズ１０８をスキャン可能なように支持し
た。光源１１０として１ｋＷの水銀ランプを用い、直径
３０ｃｍの石英レンズで光源１１０からの光を基板１０
の表面に集光させた。また、図示していないが光路上に
シャッタを設け、照射時間を調節した。レンズの焦点距
離は４０ｃｍ、焦点でのスポット径は０．５ｍｍであ
る。ヒータ１００で基板１０の温度を上昇させ、ｎ型Ｇ
ａＮ層、ＩｎＧａＮ発光層、ｐ型ＧａＮ層を順次成長さ
せた。ＩｎＧａＮ発光層の成長時のみシャッタを開け、
基板１０上のある一点の温度を上昇させた。基板ホルダ
温度を６７０℃としてＩｎＧａＮ発光層１６を成長させ
た場合、光スポットから離れた部分での発光ピーク波長
は約５０５ｎｍであった。一方、光スポットの中心付近
での発光ピーク波長は３９０ｎｍであった。このよう
に、光を照射することでＩｎＧａＮ発光層の成長温度に
分布を生じさせ、発光ピーク波長をシフトさせることが
できた。なお、光路の一部にガラスなどを入れて光強度
を弱くしたり、あるいは焦点を故意にずらすことで光ス
ポット部分の温度を下げることが可能であるので、本実
施例において３９０ｎｍ〜５０５ｎｍの範囲で波長を任
意にシフトさせることが可能である。

【００５３】以上、本発明の実施形態について説明した
が、本発明はこれに限定されるものでなく種々の変更が
可能である。

【００５４】例えば、第１実施形態においては基板裏面
に不連続的に金属膜を形成し、第２実施形態では基板裏
面に溝を形成し、第３実施形態では基板表面に熱エネル
ギを局所的に印加しているが、これらを適宜組み合わせ
て温度分布を生じさせることも可能である。例えば、基
板裏面に金属膜を不連続的に形成するとともに、発光層
成長時に基板表面から光を照射する等である。

【００５５】基板裏面に不連続的にストライプ状に金属
膜を形成するとともに、金属膜が形成されていない部分
にさらに溝を形成することも可能である。

【００５６】また、上述した第１〜第３実施形態におい
ては、発光層としてＩｎＧａＮを用いているが、Ａｌ_y
Ｉｎ_xＧａ_1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）を発光層
として用いることが可能である。ＡｌＧａＮを発光層と
する場合も本発明に含まれる。

【００５７】ＩｎＧａＮやＡｌＧａＮ層を含む多層構造
を発光層として用いる場合も同様である。Ａｌ_yＩｎ_xＧ
ａ_1-x-yＮを発光層として用いた場合、発光波長範囲が
２８０ｎｍ〜６００ｎｍの広い波長範囲を有するＬＥＤ
デバイスを作製することが可能である。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば温
度分布に起因して発光層の組成をシフトさせ、これによ
り発光波長領域を広範囲に設定することができる。ま
た、組成の異なる領域を択一的に駆動することで、発光
スペクトルを切替制御できるデバイスを得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 発光装置の基本構成図である。

【図２】 第１実施形態の基板裏面説明図である。

【図３】 第１実施形態における発光デバイス構成図で
ある。

【図４】 第１実施形態の発光デバイス平面図である。

【図５】 第１実施形態の発光スペクトルを示すグラフ
図である。

【図６】 第１実施形態の他の発光デバイス平面図であ
る。

【図７】 第１実施形態の他の発光スペクトルを示すグ
ラフ図である。

【図８】 第２実施形態の基板裏面説明図である。

【図９】 第２実施形態の成長装置構成図である。

【図１０】 第３実施形態の成長装置構成図である。

【符号の説明】

１０ 基板、１２ ｎ型ＧａＮ層、１４ ＳｉドープＩ
ｎＧａＮ層、１６ ＩｎＧａＮ発光層、１８ ＡｌＧａ
Ｎ層、２０ ｐ型ＧａＮ層、２２ ｐ型電極、２４ ｎ
型電極。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１４年４月９日（２００２．４．９）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 窒化ガリウム系化合物半導体装置を製造
   する方法であって、 基板上に窒化ガリウム系化合物半導体層を形成する際
   に、面内で温度分布を生じさせつつ前記窒化ガリウム系
   化合物半導体層を形成するステップを有することを特徴
   とする窒化ガリウム系化合物半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の方法において、 前記温度分布は、前記基板の裏面に不連続的に膜を形成
   し、前記基板の裏面側から加熱することで生成されるこ
   とを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体装置の製造
   方法。
3. 【請求項３】 請求項２記載の方法において、 前記膜は、ストライプ状に形成されることを特徴とする
   窒化ガリウム系化合物半導体装置の製造方法。
4. 【請求項４】 請求項３記載の方法において、 前記ストライプ状の膜の幅及び間隔は、前記基板の厚さ
   以上に設定されることを特徴とする窒化ガリウム系化合
   物半導体装置の製造方法。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１に記載の方法
   において、 前記膜はモリブデンあるいはチタンであることを特徴と
   する窒化ガリウム系化合物半導体装置の製造方法。
6. 【請求項６】 請求項１記載の方法において、 前記温度分布は、前記基板の裏面に不連続的に溝を形成
   し、前記基板の裏面側から加熱することで生成されるこ
   とを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体装置の製造
   方法。
7. 【請求項７】 請求項１記載の方法において、 前記温度分布は、前記窒化ガリウム系化合物半導体層を
   形成する際に、局所的に熱エネルギを印加することによ
   り生成されることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半
   導体装置の製造方法。
8. 【請求項８】 請求項７記載の方法において、 前記熱エネルギは、光源からの光を照射することで印加
   されることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体装
   置の製造方法。
9. 【請求項９】 請求項１〜８のいずれか１に記載の方法
   において、さらに、 前記窒化ガリウム系化合物半導体層を形成した後、前記
   基板の裏面を研磨するステップを有することを特徴とす
   る窒化ガリウム系化合物半導体装置の製造方法。
10. 【請求項１０】 請求項１〜９のいずれか１に記載の方
    法において、 前記窒化ガリウム系化合物半導体は、Ａｌ_yＩｎ_xＧａ
    _1-x-yＮ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）を含むこと
    を特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体装置の製造方
    法。
11. 【請求項１１】 請求項１〜９のいずれか１に記載の方
    法において、 前記窒化ガリウム系化合物半導体層は、発光層であるこ
    とを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体装置の製造
    方法。
12. 【請求項１２】 請求項１１記載の方法において、さら
    に、 前記窒化ガリウム系化合物半導体層に電圧を印加するた
    めのｐ電極及びｎ電極を形成するステップを有し、前記
    ｐ電極及びｎ電極は前記温度分布の高い領域と低い領域
    にわたって共通形成されることを特徴とする窒化ガリウ
    ム系化合物半導体装置の製造方法。
13. 【請求項１３】 請求項１１記載の方法において、さら
    に、 前記窒化ガリウム系化合物半導体層に電圧を印加するた
    めのｐ電極及びｎ電極を形成するステップを有し、前記
    ｐ電極あるいはｎ電極のいずれかは前記温度分布の高い
    領域と低い領域毎に個別形成されることを特徴とする窒
    化ガリウム系化合物半導体装置の製造方法。
14. 【請求項１４】 窒化ガリウム系化合物半導体を発光層
    に用いた発光装置であって、 基板と、 前記基板上に形成された、面内温度分布に起因して面内
    組成分布を有する窒化ガリウム系化合物半導体発光層
    と、 前記発光層に電圧を印加するために形成されたｐ電極及
    びｎ電極と、 を有し、前記ｐ電極及びｎ電極は前記発光層の前記組成
    が異なる部位にわたって共通形成され、前記発光層の前
    記組成が異なる部位に同時に電圧が印加され発光するこ
    とを特徴とする発光装置。
15. 【請求項１５】 窒化ガリウム系化合物半導体を発光層
    に用いた発光装置であって、 基板と、 前記基板上に形成された、面内温度分布に起因して面内
    組成分布を有する窒化ガリウム系化合物半導体発光層
    と、 前記発光層に電圧を印加するために形成されたｐ電極及
    びｎ電極と、 を有し、前記ｐ電極あるいはｎ電極のいずれかは前記発
    光層の前記組成が異なる部位毎に個別形成され、前記発
    光層の前記組成が異なる部位に択一的に電圧が印加され
    発光することを特徴とする発光装置。
16. 【請求項１６】 請求項１４、１５のいずれか１に記載
    の装置において、 前記窒化ガリウム系化合物半導体は、Ａｌ_yＩｎ_xＧａ
    _1-x-yＮ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）を含むこと
    を特徴とする発光装置。
17. 【請求項１７】 発光装置であって、 基板と、 前記基板上に形成されたｎ型ＧａＮ層と、 前記ｎ型ＧａＮ層上に形成された、面内温度分布に起因
    して面内組成分布を有するＡｌ_yＩｎ_xＧａ_1-x-yＮ（但
    し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）発光層と、 前記発光層上に形成されたｐ型ＧａＮ層と、 前記ｎ型ＧａＮ層に接するように形成されたｎ電極と、 前記ｐ型ＧａＮ層に接するように形成されたｐ電極と、 を有し、前記ｐ電極及びｎ電極は前記発光層の組成が異
    なる部位にわたって共通形成されることを特徴とする発
    光装置。
18. 【請求項１８】 発光装置であって、 基板と、 前記基板上に形成されたｎ型ＧａＮ層と、 前記ｎ型ＧａＮ層上に形成された、面内温度分布に起因
    して面内組成分布を有するＡｌ_yＩｎ_xＧａ_1-x-yＮ（但
    し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）発光層と、 前記発光層上に形成されたｐ型ＧａＮ層と、 前記ｎ型ＧａＮ層に接するように形成されたｎ電極と、 前記ｐ型ＧａＮ層に接するように形成されたｐ電極と、 を有し、前記ｐ電極は前記発光層の前記組成が異なる部
    位毎に個別形成されることを特徴とする発光装置。