JP2003309074A - 窒化アルミニウムガリウム層の製造方法、ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子の製造方法およびｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 - Google Patents
窒化アルミニウムガリウム層の製造方法、ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子の製造方法およびｉｉｉ族窒化物半導体発光素子Info
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- JP2003309074A JP2003309074A JP2002115902A JP2002115902A JP2003309074A JP 2003309074 A JP2003309074 A JP 2003309074A JP 2002115902 A JP2002115902 A JP 2002115902A JP 2002115902 A JP2002115902 A JP 2002115902A JP 2003309074 A JP2003309074 A JP 2003309074A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】Ｉｎを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光
層上に、ｐ型の窒化アルミニウムガリウムからなるクラ
ッド層を、発光層の結晶品質を劣化させることなく積層
することが可能となるための条件を示し、発光効率に優
れたＩＩＩ族窒化物半導体発光素子を提供する。 【解決手段】窒化アルミニウムガリウム層の成長中に成
長雰囲気中にインジウム原料を供給する。ＡｌＧａＮか
らなるクラッド層を、８００℃〜１０００℃の温度で成
長する。
層上に、ｐ型の窒化アルミニウムガリウムからなるクラ
ッド層を、発光層の結晶品質を劣化させることなく積層
することが可能となるための条件を示し、発光効率に優
れたＩＩＩ族窒化物半導体発光素子を提供する。 【解決手段】窒化アルミニウムガリウム層の成長中に成
長雰囲気中にインジウム原料を供給する。ＡｌＧａＮか
らなるクラッド層を、８００℃〜１０００℃の温度で成
長する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化アルミニウム
ガリウム層の製造方法、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子
の製造方法およびＩＩＩ族窒化物半導体発光素子に係
り、特に窒化アルミニウムガリウム層の成長中に成長雰
囲気中にインジウム原料を供給することにより、ｐ型の
窒化アルミニウムガリウム層の特性を改良する技術に関
する。
ガリウム層の製造方法、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子
の製造方法およびＩＩＩ族窒化物半導体発光素子に係
り、特に窒化アルミニウムガリウム層の成長中に成長雰
囲気中にインジウム原料を供給することにより、ｐ型の
窒化アルミニウムガリウム層の特性を改良する技術に関
する。
【０００２】
【従来の技術】近年、短波長の光を発光する発光素子用
の半導体材料として、ＩＩＩ族窒化物半導体（ＩＩＩ族
窒化物半導体は、一般式ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（ただ
し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表わ
されるものとする。）が注目を集めている。一般にＩＩ
Ｉ族窒化物半導体は、サファイア単結晶を始めとする種
々の酸化物結晶やＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶等を基
板として、その上に有機金属化学気相反応法（ＭＯＣＶ
Ｄ法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）あるいは水
素化物気相エピタキシー法（ＨＶＰＥ法）等によって積
層される。
の半導体材料として、ＩＩＩ族窒化物半導体（ＩＩＩ族
窒化物半導体は、一般式ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（ただ
し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表わ
されるものとする。）が注目を集めている。一般にＩＩ
Ｉ族窒化物半導体は、サファイア単結晶を始めとする種
々の酸化物結晶やＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶等を基
板として、その上に有機金属化学気相反応法（ＭＯＣＶ
Ｄ法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）あるいは水
素化物気相エピタキシー法（ＨＶＰＥ法）等によって積
層される。
【０００３】ＩＩＩ族窒化物半導体は、ＧａＮ、Ａｌ
Ｎ、ＩｎＮ等の基本となる２元半導体の組み合わせによ
り構成されるが、その中でもＧａＮについて開発が盛ん
に行なわれている。また、ＧａＮにＩｎあるいはＡｌを
混ぜた窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮと略記す
る）や窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮと略記す
る）の３元混晶の研究も進められている。
Ｎ、ＩｎＮ等の基本となる２元半導体の組み合わせによ
り構成されるが、その中でもＧａＮについて開発が盛ん
に行なわれている。また、ＧａＮにＩｎあるいはＡｌを
混ぜた窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮと略記す
る）や窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮと略記す
る）の３元混晶の研究も進められている。
【０００４】これらのＩｎＧａＮやＡｌＧａＮ等の３元
混晶を用いて、注入キャリアの閉じ込めに有効なダブル
ヘテロ構造の発光部を作製すれば、ＩＩＩ族窒化物半導
体を用いた発光素子の発光効率の向上が可能となり、高
輝度の発光ダイオード（ＬＥＤ）や短波長のレーザダイ
オード（ＬＤ）を実現することが出来る。
混晶を用いて、注入キャリアの閉じ込めに有効なダブル
ヘテロ構造の発光部を作製すれば、ＩＩＩ族窒化物半導
体を用いた発光素子の発光効率の向上が可能となり、高
輝度の発光ダイオード（ＬＥＤ）や短波長のレーザダイ
オード（ＬＤ）を実現することが出来る。
【０００５】特にＩｎＧａＮは、そのＩｎ組成比を変化
させることによりバンドギャップエネルギーをＧａＮの
３．４ｅＶからＩｎＮの２ｅＶまで変えることが出来る
ので、可視の発光素子用の発光層として用いることが出
来る。またＡｌＧａＮは、ＩｎＧａＮよりバンドギャッ
プエネルギーが大きいため、ダブルヘテロ構造の発光部
においてＩｎＧａＮからなる発光層の両側に接して配置
させるｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層として用い
ることが出来る。
させることによりバンドギャップエネルギーをＧａＮの
３．４ｅＶからＩｎＮの２ｅＶまで変えることが出来る
ので、可視の発光素子用の発光層として用いることが出
来る。またＡｌＧａＮは、ＩｎＧａＮよりバンドギャッ
プエネルギーが大きいため、ダブルヘテロ構造の発光部
においてＩｎＧａＮからなる発光層の両側に接して配置
させるｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層として用い
ることが出来る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＩｎＧ
ａＮのようなＩｎを含有するＩＩＩ族窒化物半導体を発
光層とするＩＩＩ族窒化物半導体発光素子には、以下の
ような問題点があった。すなわち、比較的蒸気圧の高い
Ｉｎを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光層の結晶
品質を高めるためには、Ｉｎを含むＩＩＩ族窒化物半導
体は、ＧａＮあるいはＡｌＧａＮの成長温度よりも低い
温度で成長しなければならなかった。
ａＮのようなＩｎを含有するＩＩＩ族窒化物半導体を発
光層とするＩＩＩ族窒化物半導体発光素子には、以下の
ような問題点があった。すなわち、比較的蒸気圧の高い
Ｉｎを含むＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光層の結晶
品質を高めるためには、Ｉｎを含むＩＩＩ族窒化物半導
体は、ＧａＮあるいはＡｌＧａＮの成長温度よりも低い
温度で成長しなければならなかった。
【０００７】これに対し、結晶性が良く良好な導電性を
示すｐ型のＡｌＧａＮからなるクラッド層を作製するた
めには、Ｉｎを含むＩＩＩ族窒化物半導体より高い成長
温度でＡｌＧａＮを成長させなければならない。従っ
て、ＡｌＧａＮクラッド層でＩｎを含むＩＩＩ族窒化物
半導体からなる発光層を挟み込んだダブルへテロ構造の
発光部を作製する場合には、発光層とその上に形成する
ＡｌＧａＮクラッド層とで成長温度を変える必要があっ
た。
示すｐ型のＡｌＧａＮからなるクラッド層を作製するた
めには、Ｉｎを含むＩＩＩ族窒化物半導体より高い成長
温度でＡｌＧａＮを成長させなければならない。従っ
て、ＡｌＧａＮクラッド層でＩｎを含むＩＩＩ族窒化物
半導体からなる発光層を挟み込んだダブルへテロ構造の
発光部を作製する場合には、発光層とその上に形成する
ＡｌＧａＮクラッド層とで成長温度を変える必要があっ
た。
【０００８】しかし、発光層の成長とその上に形成する
ＡｌＧａＮクラッド層の成長との間で成長温度を上げる
と、発光層の成長後の昇温過程において、発光層から蒸
気圧の高いＩｎの蒸発が起こり、発光層の品質の劣化や
発光層とクラッド層の界面の劣化につながり、ひいては
ＩＩＩ族窒化物半導体素子の特性の変化や劣化につなが
っていた。
ＡｌＧａＮクラッド層の成長との間で成長温度を上げる
と、発光層の成長後の昇温過程において、発光層から蒸
気圧の高いＩｎの蒸発が起こり、発光層の品質の劣化や
発光層とクラッド層の界面の劣化につながり、ひいては
ＩＩＩ族窒化物半導体素子の特性の変化や劣化につなが
っていた。
【０００９】この問題を解決する為の方法として、ｐ型
クラッド層にＩｎＧａＮを用い、Ｉｎを含む発光層と同
程度の低温でｐ型クラッド層を成長させる方法が提案さ
れている。（２００１年春季応用物理学会講演予講集、
４１５頁、３１ａ−Ｋ−１１）しかし、このような条件
で成長されたｐ型ＩｎＧａＮからなるクラッド層はｐ型
層として機能するだけの充分なキャリア濃度を得ること
が難しかった。
クラッド層にＩｎＧａＮを用い、Ｉｎを含む発光層と同
程度の低温でｐ型クラッド層を成長させる方法が提案さ
れている。（２００１年春季応用物理学会講演予講集、
４１５頁、３１ａ−Ｋ−１１）しかし、このような条件
で成長されたｐ型ＩｎＧａＮからなるクラッド層はｐ型
層として機能するだけの充分なキャリア濃度を得ること
が難しかった。
【００１０】またｐ型クラッド層には、発光素子に電流
注入した際にｎ側電極から流れ込む電子が、発光層内で
ホールと再結合することなくｐ側電極に流れていくこと
を防ぎ、電子を発光層に滞留させる効果も求められてい
る。そのためには、発光層とｐ型クラッド層の間には充
分なバンドギャップエネルギーの差が必要である。しか
しｐ型のＩｎＧａＮからなるクラッド層では、発光層と
の間に充分なバンドギャップエネルギーの差を確保する
ことが難しく、結果として発光素子の発光効率の低下に
つながっていた。
注入した際にｎ側電極から流れ込む電子が、発光層内で
ホールと再結合することなくｐ側電極に流れていくこと
を防ぎ、電子を発光層に滞留させる効果も求められてい
る。そのためには、発光層とｐ型クラッド層の間には充
分なバンドギャップエネルギーの差が必要である。しか
しｐ型のＩｎＧａＮからなるクラッド層では、発光層と
の間に充分なバンドギャップエネルギーの差を確保する
ことが難しく、結果として発光素子の発光効率の低下に
つながっていた。
【００１１】また、特開２００１−９７８００号公報に
は、ＡｌＧａＮ成長時にＩｎを導入することで、結晶性
の良いＡｌＧａＮが得られることが示されている。しか
し、上述の特許文献の発明は、得られたＡｌＧａＮ結晶
中にＩｎが存在することによりクラックの発生しないＡ
ｌＧａＮ薄膜が得られるという効果を有するものであ
り、得られたＡｌＧａＮ薄膜の結晶品質、特にそのｐ型
導電性については記載されてない。
は、ＡｌＧａＮ成長時にＩｎを導入することで、結晶性
の良いＡｌＧａＮが得られることが示されている。しか
し、上述の特許文献の発明は、得られたＡｌＧａＮ結晶
中にＩｎが存在することによりクラックの発生しないＡ
ｌＧａＮ薄膜が得られるという効果を有するものであ
り、得られたＡｌＧａＮ薄膜の結晶品質、特にそのｐ型
導電性については記載されてない。
【００１２】本発明は上記事情を考慮してなされたもの
で、その目的とするところは、Ｉｎを含むＩＩＩ族窒化
物半導体からなる発光層上に、該発光層よりバンドギャ
ップエネルギーが大きく、かつ結晶性が良く良好な導電
性を示すｐ型の窒化アルミニウムガリウム（ＡｌxＧａ
1-xＮ：但し０≦ｘ＜１）からなるクラッド層を、発光
層の結晶品質を劣化させることなく積層することが可能
となるための条件を示し、発光効率に優れたＩＩＩ族窒
化物半導体発光素子を提供することを目的とする。また
本発明は、結晶性が良く充分なキャリア濃度を有するｐ
型の窒化アルミニウムガリウム（ＡｌxＧａ1-xＮ：但し
０≦ｘ＜１）層の成長条件を明らかにすることを目的と
する。
で、その目的とするところは、Ｉｎを含むＩＩＩ族窒化
物半導体からなる発光層上に、該発光層よりバンドギャ
ップエネルギーが大きく、かつ結晶性が良く良好な導電
性を示すｐ型の窒化アルミニウムガリウム（ＡｌxＧａ
1-xＮ：但し０≦ｘ＜１）からなるクラッド層を、発光
層の結晶品質を劣化させることなく積層することが可能
となるための条件を示し、発光効率に優れたＩＩＩ族窒
化物半導体発光素子を提供することを目的とする。また
本発明は、結晶性が良く充分なキャリア濃度を有するｐ
型の窒化アルミニウムガリウム（ＡｌxＧａ1-xＮ：但し
０≦ｘ＜１）層の成長条件を明らかにすることを目的と
する。
【００１３】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、
（１）成長雰囲気中にアルミニウム原料、ガリウム原
料、窒素原料およびｐ型不純物原料を供給し、基板上
に、ｐ型の窒化アルミニウムガリウム（ＡｌxＧａ
1-xＮ：但し０≦ｘ＜１）層を成長させる窒化アルミニ
ウムガリウム層の製造方法において、窒化アルミニウム
ガリウム層の成長中に成長雰囲気中にインジウム原料を
供給することを特徴とする窒化アルミニウムガリウム層
の製造方法。 （２）窒化アルミニウムガリウム層の成長を有機金属化
学気相反応法（ＭＯＣＶＤ法）で行うことを特徴とする
上記（１）に記載の窒化アルミニウムガリウム層の製造
方法。 （３）窒化アルミニウムガリウム層の成長温度が、８０
０℃〜１１００℃の範囲であることを特徴とする上記
（１）または（２）に記載の窒化アルミニウムガリウム
層の製造方法。 （４）インジウム原料の供給量が、アルミニウム原料と
ガリウム原料の供給量の和に対して、０．１％〜１００
％の範囲であることを特徴とする上記（１）ないし
（３）のいずれか１項に記載の窒化アルミニウムガリウ
ム層の製造方法。 （５）窒化アルミニウムガリウム層中のＩｎ濃度が１０
15〜１０19ｎ／ｃｍ3の範囲であることを特徴とする上
記（１）ないし（４）のいずれか１項に記載の窒化アル
ミニウムガリウム層の製造方法。 （６）ｐ型不純物原料がＭｇを含むことを特徴とする上
記（１）ないし（５）のいずれか１項に記載の窒化アル
ミニウムガリウム層の製造方法。である。
料、窒素原料およびｐ型不純物原料を供給し、基板上
に、ｐ型の窒化アルミニウムガリウム（ＡｌxＧａ
1-xＮ：但し０≦ｘ＜１）層を成長させる窒化アルミニ
ウムガリウム層の製造方法において、窒化アルミニウム
ガリウム層の成長中に成長雰囲気中にインジウム原料を
供給することを特徴とする窒化アルミニウムガリウム層
の製造方法。 （２）窒化アルミニウムガリウム層の成長を有機金属化
学気相反応法（ＭＯＣＶＤ法）で行うことを特徴とする
上記（１）に記載の窒化アルミニウムガリウム層の製造
方法。 （３）窒化アルミニウムガリウム層の成長温度が、８０
０℃〜１１００℃の範囲であることを特徴とする上記
（１）または（２）に記載の窒化アルミニウムガリウム
層の製造方法。 （４）インジウム原料の供給量が、アルミニウム原料と
ガリウム原料の供給量の和に対して、０．１％〜１００
％の範囲であることを特徴とする上記（１）ないし
（３）のいずれか１項に記載の窒化アルミニウムガリウ
ム層の製造方法。 （５）窒化アルミニウムガリウム層中のＩｎ濃度が１０
15〜１０19ｎ／ｃｍ3の範囲であることを特徴とする上
記（１）ないし（４）のいずれか１項に記載の窒化アル
ミニウムガリウム層の製造方法。 （６）ｐ型不純物原料がＭｇを含むことを特徴とする上
記（１）ないし（５）のいずれか１項に記載の窒化アル
ミニウムガリウム層の製造方法。である。
【００１４】また本発明は、
（７）基板上に、ＭＯＣＶＤ法により、ＩＩＩ族窒化物
半導体からなるｎ型クラッド層、Ｉｎを含有するＩＩＩ
族窒化物半導体からなる発光層、窒化アルミニウムガリ
ウム層からなるｐ型クラッド層を順次積層し、ｎ型クラ
ッド層、発光層、ｐ型クラッド層でダブルヘテロ構造の
発光部を形成するＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造
方法において、ｐ型クラッド層の成長中に成長雰囲気中
にインジウム原料を供給することを特徴とするＩＩＩ族
窒化物半導体発光素子の製造方法。 （８）発光層がＩｎＧａＮからなり、ｐ型クラッド層の
成長温度を８００℃〜１０００℃の範囲とすることを特
徴とする上記（７）に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光
素子の製造方法。 （９）ｐ型クラッド層の成長中に供給するインジウム原
料の供給量が、アルミニウム原料とガリウム原料の供給
量の和に対して、０．１％〜１００％の範囲であること
を特徴とする上記（７）または（８）に記載のＩＩＩ族
窒化物半導体発光素子の製造方法。 （１０）ｐ型クラッド層中のインジウム濃度が１０15〜
１０19ｎ／ｃｍ3の範囲であることを特徴とする上記
（７）ないし（９）のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒
化物半導体発光素子の製造方法。 （１１）ｐ型クラッド層に添加するｐ型不純物が、Ｍｇ
であることを特徴とする上記（７）ないし（１０）のい
ずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製
造方法。 （１２）ｐ型クラッド層のキャリア濃度が１×１０17〜
１×１０19ｎ／ｃｍ3の範囲であることを特徴とする上
記（７）ないし（１１）に記載のＩＩＩ族窒化物半導体
発光素子の製造方法。 （１３）上記（７）ないし（１２）に記載のＩＩＩ族窒
化物半導体発光素子の製造方法で作製したＩＩＩ族窒化
物半導体発光素子。である。
半導体からなるｎ型クラッド層、Ｉｎを含有するＩＩＩ
族窒化物半導体からなる発光層、窒化アルミニウムガリ
ウム層からなるｐ型クラッド層を順次積層し、ｎ型クラ
ッド層、発光層、ｐ型クラッド層でダブルヘテロ構造の
発光部を形成するＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造
方法において、ｐ型クラッド層の成長中に成長雰囲気中
にインジウム原料を供給することを特徴とするＩＩＩ族
窒化物半導体発光素子の製造方法。 （８）発光層がＩｎＧａＮからなり、ｐ型クラッド層の
成長温度を８００℃〜１０００℃の範囲とすることを特
徴とする上記（７）に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光
素子の製造方法。 （９）ｐ型クラッド層の成長中に供給するインジウム原
料の供給量が、アルミニウム原料とガリウム原料の供給
量の和に対して、０．１％〜１００％の範囲であること
を特徴とする上記（７）または（８）に記載のＩＩＩ族
窒化物半導体発光素子の製造方法。 （１０）ｐ型クラッド層中のインジウム濃度が１０15〜
１０19ｎ／ｃｍ3の範囲であることを特徴とする上記
（７）ないし（９）のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒
化物半導体発光素子の製造方法。 （１１）ｐ型クラッド層に添加するｐ型不純物が、Ｍｇ
であることを特徴とする上記（７）ないし（１０）のい
ずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製
造方法。 （１２）ｐ型クラッド層のキャリア濃度が１×１０17〜
１×１０19ｎ／ｃｍ3の範囲であることを特徴とする上
記（７）ないし（１１）に記載のＩＩＩ族窒化物半導体
発光素子の製造方法。 （１３）上記（７）ないし（１２）に記載のＩＩＩ族窒
化物半導体発光素子の製造方法で作製したＩＩＩ族窒化
物半導体発光素子。である。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明では、成長雰囲気中にアル
ミニウム原料、ガリウム原料、窒素原料およびｐ型不純
物原料を供給し、基板上に、ｐ型のＡｌＧａＮ層を成長
させる際に、ＡｌＧａＮ層の成長中に成長雰囲気中にイ
ンジウム原料を供給する。これにより、結晶性が良く充
分なキャリア濃度を有するｐ型ＡｌＧａＮ層の成長する
ことが出来る。ここで本発明では、基板としてサファイ
ア、シリコン（Ｓｉ）、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＧａＡｓ、Ｓ
ｉＣ、ＺｒＢ2等を使用することが出来る。また、基板
上にｐ型のＡｌＧａＮ層を成長させる場合、基板とＡｌ
ＧａＮ層との間に他のＩＩＩ族窒化物半導体層が積層さ
れていても構わない。
ミニウム原料、ガリウム原料、窒素原料およびｐ型不純
物原料を供給し、基板上に、ｐ型のＡｌＧａＮ層を成長
させる際に、ＡｌＧａＮ層の成長中に成長雰囲気中にイ
ンジウム原料を供給する。これにより、結晶性が良く充
分なキャリア濃度を有するｐ型ＡｌＧａＮ層の成長する
ことが出来る。ここで本発明では、基板としてサファイ
ア、シリコン（Ｓｉ）、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＧａＡｓ、Ｓ
ｉＣ、ＺｒＢ2等を使用することが出来る。また、基板
上にｐ型のＡｌＧａＮ層を成長させる場合、基板とＡｌ
ＧａＮ層との間に他のＩＩＩ族窒化物半導体層が積層さ
れていても構わない。
【００１６】本発明では、ＡｌＧａＮ層の成長中に成長
雰囲気中にインジウム原料を供給することにより、Ｉｎ
原子が結晶の成長表面でアンチサーファクタントとして
機能し、結晶の成長表面におけるアルミニウム原料、ガ
リウム原料のマイグレーションが促進され、その結果、
結晶性が良く良好な導電性を示すｐ型ＡｌＧａＮ層を成
長することが出来ると考えられる。
雰囲気中にインジウム原料を供給することにより、Ｉｎ
原子が結晶の成長表面でアンチサーファクタントとして
機能し、結晶の成長表面におけるアルミニウム原料、ガ
リウム原料のマイグレーションが促進され、その結果、
結晶性が良く良好な導電性を示すｐ型ＡｌＧａＮ層を成
長することが出来ると考えられる。
【００１７】本発明のＡｌＧａＮ層の成長方法として
は、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、有機金属化学
気相反応法（ＭＯＣＶＤ法）、ハイドライド気相成長法
（ＨＶＰＥ法）などが挙げられる。このうちＭＯＣＶＤ
法は、結晶成長の制御性に優れ、品質の良いＡｌＧａＮ
層を製造することが出来、また原料使用効率が優れてい
るため、特に好ましい。
は、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、有機金属化学
気相反応法（ＭＯＣＶＤ法）、ハイドライド気相成長法
（ＨＶＰＥ法）などが挙げられる。このうちＭＯＣＶＤ
法は、結晶成長の制御性に優れ、品質の良いＡｌＧａＮ
層を製造することが出来、また原料使用効率が優れてい
るため、特に好ましい。
【００１８】ＡｌＧａＮ層の成長方法としてＭＯＣＶＤ
法を用いる場合、アルミニウム原料、ガリウム原料、イ
ンジウム原料として、以下のような原料を使用すること
が出来る。ガリウム原料としては、トリメチルガリウム
（（ＣＨ3）3Ｇａ：ＴＭＧ）、トリエチルガリウム
（（Ｃ2Ｈ5）3Ｇａ：ＴＥＧ）などの一般式Ｒ1Ｒ2Ｒ3Ｇ
ａ（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を使用すること
が出来る。また、アルミニウム原料としては、トリメチ
ルアルミニウム（（ＣＨ3）3Ａｌ：ＴＭＡ）、トリエチ
ルアルミニウム（（Ｃ2Ｈ5）3Ａｌ：ＴＥＡ）などの一
般式Ｒ1Ｒ2Ｒ3Ａｌ（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アルミニウム
を使用することが出来る。また、インジウム原料として
は、トリメチルインジウム（（ＣＨ3）3Ｉｎ：ＴＭ
Ｉ）、トリエチルインジウム（（Ｃ2Ｈ5）3Ｉｎ：ＴＥ
Ｉ）などの一般式Ｒ1Ｒ2Ｒ3Ｉｎ（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
ルインジウムを使用することが出来る。またこれらは、
単独であるいは混合して用いることが出来る。
法を用いる場合、アルミニウム原料、ガリウム原料、イ
ンジウム原料として、以下のような原料を使用すること
が出来る。ガリウム原料としては、トリメチルガリウム
（（ＣＨ3）3Ｇａ：ＴＭＧ）、トリエチルガリウム
（（Ｃ2Ｈ5）3Ｇａ：ＴＥＧ）などの一般式Ｒ1Ｒ2Ｒ3Ｇ
ａ（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を使用すること
が出来る。また、アルミニウム原料としては、トリメチ
ルアルミニウム（（ＣＨ3）3Ａｌ：ＴＭＡ）、トリエチ
ルアルミニウム（（Ｃ2Ｈ5）3Ａｌ：ＴＥＡ）などの一
般式Ｒ1Ｒ2Ｒ3Ａｌ（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アルミニウム
を使用することが出来る。また、インジウム原料として
は、トリメチルインジウム（（ＣＨ3）3Ｉｎ：ＴＭ
Ｉ）、トリエチルインジウム（（Ｃ2Ｈ5）3Ｉｎ：ＴＥ
Ｉ）などの一般式Ｒ1Ｒ2Ｒ3Ｉｎ（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
ルインジウムを使用することが出来る。またこれらは、
単独であるいは混合して用いることが出来る。
【００１９】また窒素原料としては、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を用いることが出来る。これらは
単独でまたは混合して用いることが出来る。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、ＩＩＩ族窒化物半導体に対する炭素の
汚染が少なく特に好適である。
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を用いることが出来る。これらは
単独でまたは混合して用いることが出来る。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、ＩＩＩ族窒化物半導体に対する炭素の
汚染が少なく特に好適である。
【００２０】本発明のＡｌＧａＮ層の成長温度は、８０
０℃〜１１００℃の範囲とするのが望ましい。成長温度
が８００℃より低いとＡｌＧａＮ層の結晶性が悪化し十
分なｐ型伝導性を示さなくなるという問題がある。また
１１００℃より高いとＡｌＧａＮ層の昇華が始まり、成
長速度が減少してしまうという問題がある。
０℃〜１１００℃の範囲とするのが望ましい。成長温度
が８００℃より低いとＡｌＧａＮ層の結晶性が悪化し十
分なｐ型伝導性を示さなくなるという問題がある。また
１１００℃より高いとＡｌＧａＮ層の昇華が始まり、成
長速度が減少してしまうという問題がある。
【００２１】また本発明では、窒化アルミニウムガリウ
ム層の成長中に成長雰囲気中に供給するインジウム原料
の供給量が、アルミニウム原料とガリウム原料の供給量
の和に対して、０．１％〜１００％の範囲とするのが望
ましい。インジウム原料、アルミニウム原料、ガリウム
原料の供給量とは、単位時間当たりの原子数で表した原
料の供給量（例えば、ｍｏｌ／ｍｉｎ.で表す。）を言
う。アルミニウム原料とガリウム原料の供給量の和に対
するインジウム原料の供給量が、０．１％より小さいと
アンチサーファクタントとしての十分な効果が得られな
いという問題がある。また、１００％より大きいと結晶
性が悪化するという問題がある。
ム層の成長中に成長雰囲気中に供給するインジウム原料
の供給量が、アルミニウム原料とガリウム原料の供給量
の和に対して、０．１％〜１００％の範囲とするのが望
ましい。インジウム原料、アルミニウム原料、ガリウム
原料の供給量とは、単位時間当たりの原子数で表した原
料の供給量（例えば、ｍｏｌ／ｍｉｎ.で表す。）を言
う。アルミニウム原料とガリウム原料の供給量の和に対
するインジウム原料の供給量が、０．１％より小さいと
アンチサーファクタントとしての十分な効果が得られな
いという問題がある。また、１００％より大きいと結晶
性が悪化するという問題がある。
【００２２】本発明のＡｌＧａＮ層の成長方法にＭＯＣ
ＶＤ法を用いる場合、成長圧力は５０〜１０００ｈＰａ
とするのが、成長速度が大きく結晶性が優れたＡｌＧａ
Ｎ層が得られるため望ましい。また、成長雰囲気ガスと
しては水素や窒素を用いるのが望ましい。
ＶＤ法を用いる場合、成長圧力は５０〜１０００ｈＰａ
とするのが、成長速度が大きく結晶性が優れたＡｌＧａ
Ｎ層が得られるため望ましい。また、成長雰囲気ガスと
しては水素や窒素を用いるのが望ましい。
【００２３】上記の条件でＡｌＧａＮ層を成長する結
果、本発明のＡｌＧａＮ層中のＩｎ濃度は、およそ１０
15〜１０19ｎ／ｃｍ3の範囲となる。ＡｌＧａＮ層中に
含まれる濃度範囲がおよそ１０15〜１０19ｎ／ｃｍ3の
Ｉｎは、ＡｌＧａＮ層の結晶特性に対して結晶性を良く
するという影響を与えるため好ましい。
果、本発明のＡｌＧａＮ層中のＩｎ濃度は、およそ１０
15〜１０19ｎ／ｃｍ3の範囲となる。ＡｌＧａＮ層中に
含まれる濃度範囲がおよそ１０15〜１０19ｎ／ｃｍ3の
Ｉｎは、ＡｌＧａＮ層の結晶特性に対して結晶性を良く
するという影響を与えるため好ましい。
【００２４】本発明では、ＡｌＧａＮ層の成長雰囲気中
に供給する不純物原料は、Ｍｇを含むことが望ましい。
Ｍｇは、結晶中にドープされた原子のうちアクセプタと
して機能する原子の割合が高いという利点がある。Ｍｇ
を含む不純物原料としては、ビスシクロペンタジエニル
マグネシウムやビスメチルシクロペンタジエニルマグネ
シウムなどを使用することが出来る。
に供給する不純物原料は、Ｍｇを含むことが望ましい。
Ｍｇは、結晶中にドープされた原子のうちアクセプタと
して機能する原子の割合が高いという利点がある。Ｍｇ
を含む不純物原料としては、ビスシクロペンタジエニル
マグネシウムやビスメチルシクロペンタジエニルマグネ
シウムなどを使用することが出来る。
【００２５】また、本発明のＩＩＩ族窒化物半導体発光
素子の製造方法は、基板上に、ＭＯＣＶＤ法により、Ｉ
ＩＩ族窒化物半導体からなるｎ型クラッド層、Ｉｎを含
有するＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光層、窒化アル
ミニウムガリウム層からなるｐ型クラッド層を順次積層
し、ｎ型クラッド層、発光層、ｐ型クラッド層でダブル
ヘテロ構造の発光部を形成するＩＩＩ族窒化物半導体発
光素子の製造方法において、ｐ型クラッド層の成長中に
成長雰囲気中にインジウム原料を供給するものである。
素子の製造方法は、基板上に、ＭＯＣＶＤ法により、Ｉ
ＩＩ族窒化物半導体からなるｎ型クラッド層、Ｉｎを含
有するＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光層、窒化アル
ミニウムガリウム層からなるｐ型クラッド層を順次積層
し、ｎ型クラッド層、発光層、ｐ型クラッド層でダブル
ヘテロ構造の発光部を形成するＩＩＩ族窒化物半導体発
光素子の製造方法において、ｐ型クラッド層の成長中に
成長雰囲気中にインジウム原料を供給するものである。
【００２６】本発明では、Ｉｎを含有するＩＩＩ族窒化
物半導体からなる発光層の上に窒化アルミニウムガリウ
ム層からなるｐ型クラッド層を積層する際、ｐ型クラッ
ド層の成長中に成長雰囲気中にインジウム原料を供給す
る結果、ｐ型クラッド層の成長温度を８００℃〜１００
０℃の範囲にしても、結晶性が良く良好な導電性を示す
ｐ型のＡｌＧａＮからなるクラッド層が作製可能とな
る。このようにｐ型クラッド層の成長温度を１０００℃
以下とすることが出来るため、発光層の上にｐ型クラッ
ド層を積層する際の発光層の結晶品質が劣化することが
なくなり、発光効率に優れたＩＩＩ族窒化物半導体発光
素子が製造できる。
物半導体からなる発光層の上に窒化アルミニウムガリウ
ム層からなるｐ型クラッド層を積層する際、ｐ型クラッ
ド層の成長中に成長雰囲気中にインジウム原料を供給す
る結果、ｐ型クラッド層の成長温度を８００℃〜１００
０℃の範囲にしても、結晶性が良く良好な導電性を示す
ｐ型のＡｌＧａＮからなるクラッド層が作製可能とな
る。このようにｐ型クラッド層の成長温度を１０００℃
以下とすることが出来るため、発光層の上にｐ型クラッ
ド層を積層する際の発光層の結晶品質が劣化することが
なくなり、発光効率に優れたＩＩＩ族窒化物半導体発光
素子が製造できる。
【００２７】ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層を成長
する際に、成長雰囲気中にＩｎ原料を供給すると、Ｉｎ
原子により成長表面における原料のマイグレーションが
促進され、その結果、成長温度を８００℃〜１０００℃
の範囲として成長させたにも拘らず、結晶性が良く良好
なｐ型の導電性を示すＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド
層を成長することが出来ると考えられる。また本発明の
方法により成長したｐ型クラッド層は、成長後に特別な
熱処理を施さなくても充分なキャリア濃度を得ることが
出来る。
する際に、成長雰囲気中にＩｎ原料を供給すると、Ｉｎ
原子により成長表面における原料のマイグレーションが
促進され、その結果、成長温度を８００℃〜１０００℃
の範囲として成長させたにも拘らず、結晶性が良く良好
なｐ型の導電性を示すＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド
層を成長することが出来ると考えられる。また本発明の
方法により成長したｐ型クラッド層は、成長後に特別な
熱処理を施さなくても充分なキャリア濃度を得ることが
出来る。
【００２８】ＭＯＣＶＤ法により発光層の上にＡｌＧａ
Ｎ層からなるｐ型クラッド層を成長するのに好適な条件
は、前述のｐ型のＡｌＧａＮ層の成長条件と同じであ
る。
Ｎ層からなるｐ型クラッド層を成長するのに好適な条件
は、前述のｐ型のＡｌＧａＮ層の成長条件と同じであ
る。
【００２９】図１に本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体
発光素子の積層構造の一例を示す。図１に示すＩＩＩ族
窒化物半導体発光素子は、サファイア基板１０１の一主
面上にＧａＮからなるｎ型クラッド層１０３、ＩｎＧａ
ＮとＧａＮとを交互に積層した多重量子井戸（ＭＱＷ）
構造の発光層１０５、本発明の特徴であるＡｌＧａＮか
らなるｐ型クラッド層１０７、ｐ型ＧａＮ層１０９が順
次積層された構造となっている。
発光素子の積層構造の一例を示す。図１に示すＩＩＩ族
窒化物半導体発光素子は、サファイア基板１０１の一主
面上にＧａＮからなるｎ型クラッド層１０３、ＩｎＧａ
ＮとＧａＮとを交互に積層した多重量子井戸（ＭＱＷ）
構造の発光層１０５、本発明の特徴であるＡｌＧａＮか
らなるｐ型クラッド層１０７、ｐ型ＧａＮ層１０９が順
次積層された構造となっている。
【００３０】上記のｎ型クラッド層１０３、発光層１０
５、ｐ型クラッド層１０７、ｐ型ＧａＮ層１０９は、Ｍ
ＯＣＶＤ法を用いてサファイア基板１０１上に積層し
た。上記の各層の膜厚、成長温度を表１に示す。
５、ｐ型クラッド層１０７、ｐ型ＧａＮ層１０９は、Ｍ
ＯＣＶＤ法を用いてサファイア基板１０１上に積層し
た。上記の各層の膜厚、成長温度を表１に示す。
【００３１】
【表１】
【００３２】このｐ型クラッド層１０７の成長中に、Ｉ
ｎ原料の供給量がＡｌ原料とガリウム原料の供給量の和
に対しておよそ１０％となるようにして、成長雰囲気中
にＩｎ原料を供給した。またＳＩＭＳによる分析の結
果、成長後のｐ型クラッド層中のＩｎ濃度は１０18ｎ／
ｃｍ3程度であった。
ｎ原料の供給量がＡｌ原料とガリウム原料の供給量の和
に対しておよそ１０％となるようにして、成長雰囲気中
にＩｎ原料を供給した。またＳＩＭＳによる分析の結
果、成長後のｐ型クラッド層中のＩｎ濃度は１０18ｎ／
ｃｍ3程度であった。
【００３３】また、ｐ型クラッド層１０７にドープする
ｐ型不純物としては、Ｍｇを用いた。本発明では、ｐ型
不純物であるＭｇ原料の添加量を制御することにより、
ｐ型クラッド層１０７のキャリア濃度を１×１０17〜１
×１０19ｎ／ｃｍ3の範囲で制御することができる。ｐ
型クラッド層１０７のキャリア濃度を１×１０17〜１×
１０19ｎ／ｃｍ3の範囲で制御できると、発光素子の発
光効率が向上するという利点がある。
ｐ型不純物としては、Ｍｇを用いた。本発明では、ｐ型
不純物であるＭｇ原料の添加量を制御することにより、
ｐ型クラッド層１０７のキャリア濃度を１×１０17〜１
×１０19ｎ／ｃｍ3の範囲で制御することができる。ｐ
型クラッド層１０７のキャリア濃度を１×１０17〜１×
１０19ｎ／ｃｍ3の範囲で制御できると、発光素子の発
光効率が向上するという利点がある。
【００３４】成長中にインジウム原料を供給しないで成
長した従来のｐ型ＡｌＧａＮ層では、成長温度によりそ
のキャリア濃度が変化していた。例えば成長温度が１１
００℃と高温の場合は、ｐ−ｎ接合を形成するために最
も好ましいキャリア濃度である１×１０18ｎ／ｃｍ3以
上のキャリア濃度が得られることが広く知られていた。
しかし、１１００℃のような高温でＡｌＧａＮ層からな
るｐ型クラッド層を成長させると、下地となるＩｎを含
むＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光層の結晶性を劣化
させ、発光素子としての性能を低下させてしまうという
問題が生じていた。
長した従来のｐ型ＡｌＧａＮ層では、成長温度によりそ
のキャリア濃度が変化していた。例えば成長温度が１１
００℃と高温の場合は、ｐ−ｎ接合を形成するために最
も好ましいキャリア濃度である１×１０18ｎ／ｃｍ3以
上のキャリア濃度が得られることが広く知られていた。
しかし、１１００℃のような高温でＡｌＧａＮ層からな
るｐ型クラッド層を成長させると、下地となるＩｎを含
むＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光層の結晶性を劣化
させ、発光素子としての性能を低下させてしまうという
問題が生じていた。
【００３５】本発明では、発光層１０５の上に成長させ
るｐ型クラッド層１０７を８００℃〜１０００℃の低温
で成長させることにより、発光層１０５の結晶性の劣化
を引き起こすことがなくなった。すなわち、ｐ型クラッ
ド層の成長中に成長雰囲気中にインジウム原料を添加す
ることにより、８００℃〜１０００℃の温度で成長させ
ても、結晶性に優れ充分なキャリア濃度を有するｐ型ク
ラッド層１０７を得ることが出来るようになった。
るｐ型クラッド層１０７を８００℃〜１０００℃の低温
で成長させることにより、発光層１０５の結晶性の劣化
を引き起こすことがなくなった。すなわち、ｐ型クラッ
ド層の成長中に成長雰囲気中にインジウム原料を添加す
ることにより、８００℃〜１０００℃の温度で成長させ
ても、結晶性に優れ充分なキャリア濃度を有するｐ型ク
ラッド層１０７を得ることが出来るようになった。
【００３６】図１に示した積層構造を有するＩＩＩ族窒
化物半導体発光素子の特性を、ＡｌＧａＮからなるｐ型
クラッド層１０７を、成長中にインジウム原料を供給し
ない従来の方法で１１００℃で成長させた場合と、本発
明の方法により１０００℃で成長した場合とで比較した
結果を表２に示す。表２には、ｐ型クラッド層１０７の
成長温度、キャリア濃度および発光層１０５の発光強度
を示す。ここで発光層１０５の発光強度は、Ｈｅ−Ｃｄ
レーザーを励起源としたフォトルミネセンス測定法によ
り測定した。
化物半導体発光素子の特性を、ＡｌＧａＮからなるｐ型
クラッド層１０７を、成長中にインジウム原料を供給し
ない従来の方法で１１００℃で成長させた場合と、本発
明の方法により１０００℃で成長した場合とで比較した
結果を表２に示す。表２には、ｐ型クラッド層１０７の
成長温度、キャリア濃度および発光層１０５の発光強度
を示す。ここで発光層１０５の発光強度は、Ｈｅ−Ｃｄ
レーザーを励起源としたフォトルミネセンス測定法によ
り測定した。
【００３７】
【表２】
【００３８】表２より、従来の方法による発光素子と本
発明の方法による発光素子とでは、ｐ型クラッド層は同
等のキャリア濃度を示しているのに、発光層の発光強度
は、従来の発光素子に比べて本発明の発光素子が１０倍
程度高くなっていることがわかる。
発明の方法による発光素子とでは、ｐ型クラッド層は同
等のキャリア濃度を示しているのに、発光層の発光強度
は、従来の発光素子に比べて本発明の発光素子が１０倍
程度高くなっていることがわかる。
【００３９】このことは、従来の方法により高温でｐ型
クラッド層を成長させた場合、Ｉｎを含有する発光層の
結晶品質を悪化させ、発光素子の発光特性が劣化してし
まうのに対し、本発明の方法により低温でｐ型クラッド
層を成長させると、発光層の劣化が抑えられ、発光素子
の発光特性が向上することを示している。また、表２か
ら本発明のｐ型クラッド層が充分なキャリア濃度を有す
ることも分かる。
クラッド層を成長させた場合、Ｉｎを含有する発光層の
結晶品質を悪化させ、発光素子の発光特性が劣化してし
まうのに対し、本発明の方法により低温でｐ型クラッド
層を成長させると、発光層の劣化が抑えられ、発光素子
の発光特性が向上することを示している。また、表２か
ら本発明のｐ型クラッド層が充分なキャリア濃度を有す
ることも分かる。
【００４０】
【実施例】（実施例１）本発明に係わるＩＩＩ族窒化物
半導体発光素子とその製造方法を、実施例をもとに説明
する。なお本実施例１では、ｎ型ドーパントとしてＳｉ
をドープするために、窒素で希釈したシラン（Ｓｉ
Ｈ4）を用いた。また、ｐ型ドーパントとしてＭｇをド
ープするために、ビスシクロペンタジエニルマグネシウ
ム（（Ｃ2Ｈ5） 2Ｍｇ：Ｃｐ2Ｍｇ）を用いた。本実施例
１に係るＩＩＩ族窒化物半導体発光素子用エピタキシャ
ルウェハの作製は、ＭＯＣＶＤ法を用いて以下の手順で
行った。
半導体発光素子とその製造方法を、実施例をもとに説明
する。なお本実施例１では、ｎ型ドーパントとしてＳｉ
をドープするために、窒素で希釈したシラン（Ｓｉ
Ｈ4）を用いた。また、ｐ型ドーパントとしてＭｇをド
ープするために、ビスシクロペンタジエニルマグネシウ
ム（（Ｃ2Ｈ5） 2Ｍｇ：Ｃｐ2Ｍｇ）を用いた。本実施例
１に係るＩＩＩ族窒化物半導体発光素子用エピタキシャ
ルウェハの作製は、ＭＯＣＶＤ法を用いて以下の手順で
行った。
【００４１】基板として鏡面研磨したＣ面を有するサフ
ァイアを用いた。基板をＭＯＣＶＤ法による成長のため
の反応炉内に載置し、まず１１５０℃で水素ガスを流通
して、基板と反応炉のサーマルクリーニングを行った。
サーマルクリーニングの終了後、基板の温度を５５０℃
にし、キャリアガスに水素を用いてＴＭＧとアンモニア
を反応炉内へ供給し、ＧａＮからなるバッファ層を基板
上に２００Å形成した。
ァイアを用いた。基板をＭＯＣＶＤ法による成長のため
の反応炉内に載置し、まず１１５０℃で水素ガスを流通
して、基板と反応炉のサーマルクリーニングを行った。
サーマルクリーニングの終了後、基板の温度を５５０℃
にし、キャリアガスに水素を用いてＴＭＧとアンモニア
を反応炉内へ供給し、ＧａＮからなるバッファ層を基板
上に２００Å形成した。
【００４２】次に基板の温度を１１５０℃に昇温させ、
ＴＭＧとアンモニアとシランガスを反応炉内へ供給し、
バッファ層上にＳｉをドープしたＧａＮからなるｎ型ク
ラッド層を約３．０μｍ成長させた。次に、基板温度を
８００℃まで降温して、キャリアガスを窒素に切り換え
た。そしてＴＥＧ、ＴＭＩ、及びアンモニアを供給し
て、Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎからなる井戸層とＧａＮからなる
障壁層を交互に５ペア積層させたＭＱＷ構造の発光層を
ｎ型クラッド層上に形成した。ＩｎＧａＮ井戸層の厚さ
は２ｎｍ、ＧａＮ障壁層の厚さは８ｎｍとした。
ＴＭＧとアンモニアとシランガスを反応炉内へ供給し、
バッファ層上にＳｉをドープしたＧａＮからなるｎ型ク
ラッド層を約３．０μｍ成長させた。次に、基板温度を
８００℃まで降温して、キャリアガスを窒素に切り換え
た。そしてＴＥＧ、ＴＭＩ、及びアンモニアを供給し
て、Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎからなる井戸層とＧａＮからなる
障壁層を交互に５ペア積層させたＭＱＷ構造の発光層を
ｎ型クラッド層上に形成した。ＩｎＧａＮ井戸層の厚さ
は２ｎｍ、ＧａＮ障壁層の厚さは８ｎｍとした。
【００４３】その後、基板温度を１０００℃まで昇温し
て、キャリアガスを水素に切り換えた。そしてＴＭＧ、
ＴＭＡ、Ｃｐ2Ｍｇ、及びアンモニアを供給して、発光
層上にＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎからなるｐ型クラッド層を、５
０ｎｍの厚さで形成した。このｐ型クラッド層の成長中
に、成長雰囲気中にＩｎ原料としてＴＭＩを供給した。
ＴＭＧおよびＴＭＡの供給量はそれぞれ５．３×１０-5
ｍｏｌ／ｍｉｎ．と１．０×１０-5ｍｏｌ／ｍｉｎ．で
あり、またＴＭＩの供給量は８．０×１０-6ｍｏｌ／ｍ
ｉｎ．としたので、ＴＭＧとＴＭＡの供給量の和に対す
るＴＭＩの供給量は約１３％となった。形成されたｐ型
クラッド層中のＩｎ濃度は１０18ｎ／ｃｍ 3程度であっ
た。またｐ型クラッド層のキャリア濃度は１×１０18ｎ
／ｃｍ3であった。
て、キャリアガスを水素に切り換えた。そしてＴＭＧ、
ＴＭＡ、Ｃｐ2Ｍｇ、及びアンモニアを供給して、発光
層上にＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎからなるｐ型クラッド層を、５
０ｎｍの厚さで形成した。このｐ型クラッド層の成長中
に、成長雰囲気中にＩｎ原料としてＴＭＩを供給した。
ＴＭＧおよびＴＭＡの供給量はそれぞれ５．３×１０-5
ｍｏｌ／ｍｉｎ．と１．０×１０-5ｍｏｌ／ｍｉｎ．で
あり、またＴＭＩの供給量は８．０×１０-6ｍｏｌ／ｍ
ｉｎ．としたので、ＴＭＧとＴＭＡの供給量の和に対す
るＴＭＩの供給量は約１３％となった。形成されたｐ型
クラッド層中のＩｎ濃度は１０18ｎ／ｃｍ 3程度であっ
た。またｐ型クラッド層のキャリア濃度は１×１０18ｎ
／ｃｍ3であった。
【００４４】その後、ＴＭＡの供給を止めて、ｐ型クラ
ッド層上にＧａＮからなるｐ型コンタクト層を０．１μ
ｍ形成した。このｐ型コンタクト層の成長中にも、成長
雰囲気中にＩｎ原料としてＴＭＩを供給した。このｐ型
コンタクト層中のＩｎ原子濃度は１０18ｎ／ｃｍ3程度
であった。またｐ型コンタクト層のキャリア濃度は１×
１０18ｎ／ｃｍ3であった。ｐ型コンタクト層の成長
後、反応炉内に流通するガスを窒素とアンモニアのみに
し、室温まで基板の温度を下げた。
ッド層上にＧａＮからなるｐ型コンタクト層を０．１μ
ｍ形成した。このｐ型コンタクト層の成長中にも、成長
雰囲気中にＩｎ原料としてＴＭＩを供給した。このｐ型
コンタクト層中のＩｎ原子濃度は１０18ｎ／ｃｍ3程度
であった。またｐ型コンタクト層のキャリア濃度は１×
１０18ｎ／ｃｍ3であった。ｐ型コンタクト層の成長
後、反応炉内に流通するガスを窒素とアンモニアのみに
し、室温まで基板の温度を下げた。
【００４５】以上の手順により、ＩＩＩ族窒化物半導体
発光素子用エピタキシャルウェハを作製した。このウェ
ハを反応炉から取り出した後、公知の手段により電極を
形成し個々の素子に分離して、図２に示す断面構造を有
するＬＥＤを作製した。図２で２０１はサファイヤ基
板、２０３はＧａＮからなるｎ型クラッド層、２０５は
ＩｎＧａＮ井戸層とＧａＮ障壁層とからなるＭＱＷ構造
の発光層、２０７はＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド
層、２０９はＧａＮからなるｐ型コンタクト層、２１１
はｎ型電極、２１３はｐ型電極である。このＬＥＤに順
方向に電流を流したところ、発光波長４００ｎｍの明瞭
な青色発光を示した。順方向電流が２０ｍＡの際のＬＥ
Ｄの発光強度は２．０ｍＷであった。
発光素子用エピタキシャルウェハを作製した。このウェ
ハを反応炉から取り出した後、公知の手段により電極を
形成し個々の素子に分離して、図２に示す断面構造を有
するＬＥＤを作製した。図２で２０１はサファイヤ基
板、２０３はＧａＮからなるｎ型クラッド層、２０５は
ＩｎＧａＮ井戸層とＧａＮ障壁層とからなるＭＱＷ構造
の発光層、２０７はＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド
層、２０９はＧａＮからなるｐ型コンタクト層、２１１
はｎ型電極、２１３はｐ型電極である。このＬＥＤに順
方向に電流を流したところ、発光波長４００ｎｍの明瞭
な青色発光を示した。順方向電流が２０ｍＡの際のＬＥ
Ｄの発光強度は２．０ｍＷであった。
【００４６】（比較例１）ｐ型クラッド層とｐ型コンタ
クト層を１０５０℃で成長させたことを除いて、実施例
１と同様の手順によりＬＥＤを作製した。作製したＬＥ
Ｄについて実施例１と同様の評価を行なったところ、発
光強度が１．０ｍＷ以下であった。
クト層を１０５０℃で成長させたことを除いて、実施例
１と同様の手順によりＬＥＤを作製した。作製したＬＥ
Ｄについて実施例１と同様の評価を行なったところ、発
光強度が１．０ｍＷ以下であった。
【００４７】（比較例２）ｐ型クラッド層とｐ型コンタ
クト層をそれぞれＩｎ原料を添加しないで１０００℃で
成長させたことを除いて、実施例１と同様の手順により
ＬＥＤを作製した。作製したＬＥＤについて実施例１と
同様の評価を行なったところ、ｐ型クラッド層とｐ型コ
ンタクト層はｐ型の電気特性を示さず、またＬＥＤの発
光強度は０．５ｍＷ以下であった。
クト層をそれぞれＩｎ原料を添加しないで１０００℃で
成長させたことを除いて、実施例１と同様の手順により
ＬＥＤを作製した。作製したＬＥＤについて実施例１と
同様の評価を行なったところ、ｐ型クラッド層とｐ型コ
ンタクト層はｐ型の電気特性を示さず、またＬＥＤの発
光強度は０．５ｍＷ以下であった。
【００４８】
【発明の効果】本発明によれば、窒化アルミニウムガリ
ウム層の成長中に成長雰囲気中にインジウム原料を供給
することにより、結晶性が良く充分なキャリア濃度を有
するｐ型ＡｌＧａＮ層の成長することが出来る。
ウム層の成長中に成長雰囲気中にインジウム原料を供給
することにより、結晶性が良く充分なキャリア濃度を有
するｐ型ＡｌＧａＮ層の成長することが出来る。
【００４９】また本発明によれば、半導体発光素子とし
て利用するのに充分なｐ型のキャリア濃度を有するＡｌ
ＧａＮからなるクラッド層を、８００℃〜１０００℃の
温度で成長することが出来る。そのため、Ｉｎを含むＩ
ＩＩ族窒化物半導体からなる発光層の結晶品質や発光特
性を劣化させることが無くなる結果、本発明のＩＩＩ族
窒化物半導体発光素子は、従来の発光素子に比較して発
光効率の向上を図ることができる。
て利用するのに充分なｐ型のキャリア濃度を有するＡｌ
ＧａＮからなるクラッド層を、８００℃〜１０００℃の
温度で成長することが出来る。そのため、Ｉｎを含むＩ
ＩＩ族窒化物半導体からなる発光層の結晶品質や発光特
性を劣化させることが無くなる結果、本発明のＩＩＩ族
窒化物半導体発光素子は、従来の発光素子に比較して発
光効率の向上を図ることができる。
【図１】本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の
積層構造を示す図
積層構造を示す図
【図２】本発明の実施例１に係るＬＥＤの断面構造を示
す図
す図
１０１ サファイア基板
１０３ ｎ型クラッド層
１０５ 発光層
１０７ ｐ型クラッド層
１０９ ｐ型ＧａＮ層
２０１ サファイア基板
２０３ ｎ型クラッド層
２０５ 発光層
２０７ ｐ型クラッド層
２０９ ｐ型コンタクト層
２１１ ｎ型電極
２１３ ｐ型電極
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Ｆターム(参考） 5F041 AA03 CA04 CA05 CA34 CA40
CA48 CA57 CA65
5F045 AA04 AB17 AC08 AC09 AC12
AD12 AD13 AD14 AD15 AF02
AF03 AF04 AF09 BB05 BB16
CA10 CA12
5F073 AA74 CA07 CB05 CB19 DA05
EA24
Claims (13)
- 【請求項１】成長雰囲気中にアルミニウム原料、ガリウ
ム原料、窒素原料およびｐ型不純物原料を供給し、基板
上に、ｐ型の窒化アルミニウムガリウム（ＡｌxＧａ1-x
Ｎ：但し０≦ｘ＜１）層を成長させる窒化アルミニウム
ガリウム層の製造方法において、窒化アルミニウムガリ
ウム層の成長中に成長雰囲気中にインジウム原料を供給
することを特徴とする窒化アルミニウムガリウム層の製
造方法。 - 【請求項２】窒化アルミニウムガリウム層の成長を有機
金属化学気相反応法（ＭＯＣＶＤ法）で行うことを特徴
とする請求項１に記載の窒化アルミニウムガリウム層の
製造方法。 - 【請求項３】窒化アルミニウムガリウム層の成長温度
が、８００℃〜１１００℃の範囲であることを特徴とす
る請求項１または２に記載の窒化アルミニウムガリウム
層の製造方法。 - 【請求項４】インジウム原料の供給量が、アルミニウム
原料とガリウム原料の供給量の和に対して、０．１％〜
１００％の範囲であることを特徴とする請求項１ないし
３のいずれか１項に記載の窒化アルミニウムガリウム層
の製造方法。 - 【請求項５】窒化アルミニウムガリウム層中のＩｎ濃度
が１０15〜１０19ｎ／ｃｍ3の範囲であることを特徴と
する請求項１ないし４のいずれか１項に記載の窒化アル
ミニウムガリウム層の製造方法。 - 【請求項６】ｐ型不純物原料がＭｇを含むことを特徴と
する請求項１ないし５のいずれか１項に記載の窒化アル
ミニウムガリウム層の製造方法。 - 【請求項７】基板上に、ＭＯＣＶＤ法により、ＩＩＩ族
窒化物半導体からなるｎ型クラッド層、Ｉｎを含有する
ＩＩＩ族窒化物半導体からなる発光層、窒化アルミニウ
ムガリウム層からなるｐ型クラッド層を順次積層し、ｎ
型クラッド層、発光層、ｐ型クラッド層でダブルヘテロ
構造の発光部を形成するＩＩＩ族窒化物半導体発光素子
の製造方法において、ｐ型クラッド層の成長中に成長雰
囲気中にインジウム原料を供給することを特徴とするＩ
ＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項８】発光層がＩｎＧａＮからなり、ｐ型クラッ
ド層の成長温度を８００℃〜１０００℃の範囲とするこ
とを特徴とする請求項７に記載のＩＩＩ族窒化物半導体
発光素子の製造方法。 - 【請求項９】ｐ型クラッド層の成長中に供給するインジ
ウム原料の供給量が、アルミニウム原料とガリウム原料
の供給量の和に対して、０．１％〜１００％の範囲であ
ることを特徴とする請求項７または８に記載のＩＩＩ族
窒化物半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項１０】ｐ型クラッド層中のインジウム濃度が１
０15〜１０19ｎ／ｃｍ3の範囲であることを特徴とする
請求項７ないし９のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化
物半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項１１】ｐ型クラッド層に添加するｐ型不純物
が、Ｍｇであることを特徴とする請求項７ないし１０の
いずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の
製造方法。 - 【請求項１２】ｐ型クラッド層のキャリア濃度が１×１
０17〜１×１０19ｎ／ｃｍ3の範囲であることを特徴と
する請求項７ないし１１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体
発光素子の製造方法。 - 【請求項１３】請求項７ないし１２に記載のＩＩＩ族窒
化物半導体発光素子の製造方法で作製したＩＩＩ族窒化
物半導体発光素子。
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|---|---|---|---|
| JP2002115902A JP4609917B2 (ja) | 2002-04-18 | 2002-04-18 | 窒化アルミニウムガリウム層の製造方法、ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子の製造方法およびｉｉｉ族窒化物半導体発光素子 |
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|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006303258A (ja) * | 2005-04-22 | 2006-11-02 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | ｐ型窒化物半導体の成長方法 |
| WO2007123262A1 (ja) * | 2006-04-19 | 2007-11-01 | Showa Denko K.K. | Iii族窒化物半導体発光素子の製造方法 |
| JP2008311579A (ja) * | 2007-06-18 | 2008-12-25 | Sharp Corp | 窒化物半導体発光素子の製造方法 |
| JP2010087056A (ja) * | 2008-09-30 | 2010-04-15 | Toyoda Gosei Co Ltd | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法 |
| US8729575B2 (en) | 2011-03-08 | 2014-05-20 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light emitting device and manufacturing method of the same |
| US8785965B2 (en) | 2008-09-09 | 2014-07-22 | Panasonic Corporation | Nitride-based semiconductor light-emitting device and method for fabricating the same |
-
2002
- 2002-04-18 JP JP2002115902A patent/JP4609917B2/ja not_active Expired - Lifetime
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