JP2004200723A - 3−5族化合物半導体の結晶性向上方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 (1)基板上に、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n型層、発光層、及びp型層をこの順に有する積層構造の3−5族化合物半導体を製造するに当り、n型層と基板とのあいだに、n型層よりもキャリア濃度の低い下地層を積層することを特徴とする3−5族化合物半導体の結晶性向上方法。
(2) 基板と下地層のあいだにバッファ層を積層することを特徴とする上記(1)の方法。
【選択図】なし
Description
また(2) 基板と下地層のあいだにバッファ層を積層することを特徴とする上記(1)の方法を提供するものである。
(5) n型層のキャリア濃度を5×1017cm-3以上とし、下地層のキャリア濃度を1×1017cm-3以下とすることを特徴とする上記(1)〜(4)の方法、
(6) 発光層を5Å以上500Å以下の厚さに積層することを特徴とする上記(1)〜(5)の方法、
(6) 発光層に含まれるSi、Ge、Mg、Zn及びCdの各元素の濃度を、いずれも1×1019cm-3以下に抑制することを特徴とする上記(1)〜(6)の方法
を提供するものである。
本発明の化合物半導体は、基板上に、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n型層、発光層、及びp型層をこの順に有する積層構造の3−5族化合物半導体であって、n型層と基板とのあいだに、n型層よりもキャリア濃度の低い下地層を積層してなる発光素子用3−5族化合物半導体である。
具体的には、本発明の発光素子としては、一般式Inx Gay Alz N(ただし、x+y+z=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)で表される化合物半導体の積層構造であって、該積層構造中、発光層がこれよりバンドギャップの大きな2つの層で接するいわゆる量子井戸構造を形成し、さらに該量子井戸構造がn型層とp型層で挟まれたものが挙げられる。以下、発光層に接する層をバリア層と記すことがある。バリア層自身がn型又はp型にドーピングされていてもよい。
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)で表される化合物半導体において、xの値を指してInN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。
発光層にはこれらの2族元素とともにSi又はGeを同時にドープしてもよい。
Si、Geの好ましい濃度範囲は1018〜1022cm-3である。
この発光素子の構造の例においては、基板1の上にバッファ層2、下地層である層3をこの順に形成する。さらに、発光層5の両側に発光層5よりも大きなバンドギャップを持つ層4と層6を形成し、n型の導電性を持つ層4とp型の導電性を持つ層7に形成された電極から電圧を加えることで電流が流れ、層5で発光する。
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 Ga、以下「TEG」と記すことがある。]等の一般式R1 R2 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;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 )3 In]等の一般式R1 R2 R3 In(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等が挙げられる。これらは単独又は混合して用いられる。
3−5族化合物半導体は、MOVPE法により作製した。基板はその基板面がC面であるサファイアを鏡面研磨したものを有機洗浄して用いた。成長はまず、バッファ層として550℃でTMGとアンモニアによりGaNを500Å成膜した後、TMGとアンモニアを用いて1100℃でノンドープのGaNを1.5μmの厚みで成長し、その後さらにドーパントとしてシラン(SiH4 )を用いて1100℃でSiをドープしたGaNを3μmの厚みで成膜した。このようにして得られた試料のX線回折による(0002)面のロッキングカーブを測定したところその半値幅は5.6分であった。この半値幅は、ノンドープの試料とほぼ同等の値であり、Siのドーピングによる結晶性の低下は生じていないことがわかる。
バッファ層成長後にノンドープ層を成長しないことを除いては実施例1と同様に成長を行い、同様にX線回折による(0002)面のロッキングカーブを測定したところその半値幅は8.0分であり、結晶性の低下が見られた。
実施例1と同様に500ÅのGaNバッファ層を成膜した後、TMGとアンモニアを用いて1100℃でノンドープのGaNを3.0μmの厚みで成長し、その後さらにドーパントとしてシラン(SiH4 )を用いて1100℃でSiをドープしたGaNを1μmの厚みで成膜した。このようにして得られた試料を240℃の硫リン酸(硫酸:リン酸=4:1)に5分間浸した。その結果発生したエッチングピットは1mm2 当たり3個以下であった。
実施例1と同様に500ÅのGaNバッファ層を成長した後、直接SiをドープしたGaNを3.0μmの厚みで成長した。このようにして得られた試料を実施例2と同様に240℃の硫リン酸に5分間浸したところ、発生したエッチングピットは1mm2 当たり1200個程度であった。
実施例1と同様に500ÅのGaNバッファ層を成長した後、直接SiをドープしたGaNを3.0μmの厚みで成長し、その後ノンドープのGaNを1μm成長し、更にSiをドープしたGaNを1.0μmの厚みで成長した。このようにして得られた試料を実施例2と同様に240℃の硫リン酸に5分間浸したところ、発生したエッチングピットは1mm2 当たり3個以下であった。
実施例1と同様にノンドープGaN層の上にSiドープGaN層を成長し、更に1500Åの厚みのノンドープGaN層を成長した後、キャリアガスを水素から窒素に変え、TEG、TMI、TEAを用いて、In0.3 Ga0.7 Nを70秒間、Ga0.8 Al0.2 Nを10分間成長した。同一の条件でより長い時間成長した層の厚みから求めたIn0.3 Ga0.7 Nの成長速度は約33Å/分、Ga0.8 Al0.2 Nの成長速度は約25Å/分であり、従ってこれらの層の厚みは各々約40Å、及び約250Åであった。 次に、温度を1100℃に昇温し、TMG、アンモニア及びドーパントとしてビスシクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2 Mg)を用いてMgをドープしたGaNを5000Å成長した。成長終了後、基板を取り出し、窒素中800℃で20分間の熱処理を行なった。
p電極としてNi−Au合金、n電極としてAlを用いた。この発光素子に順方向に20mAの電流を流したところ、ピーク波長460nmの明瞭な青色発光を示し、輝度は1050mcdであった。
2...バッファ層
3...下地層
4...n型層
5...発光層
6...保護層
7...p型層
Claims (7)
- 基板上に、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n型層、発光層、及びp型層をこの順に有する積層構造の3−5族化合物半導体を製造するに当り、n型層と基板とのあいだに、n型層よりもキャリア濃度の低い下地層を積層することを特徴とする3−5族化合物半導体の結晶性向上方法。
- 基板と下地層のあいだにバッファ層を積層することを特徴とする請求項1記載の方法。
- 基板、一般式Gaa Alb N(ただし、a+b=1、0≦a≦1、0≦b≦1)で表され1000℃以下の温度で成長させてなるバッファ層、一般式Inc Gad Ale N(ただし、c+d+e=1、0≦c<1、0≦d≦1、0≦e≦1)で表され1000℃を超える温度で成長させてなる3−5族化合物半導体からなる下地層、一般式Inf Gag Alh N(ただし、f+g+h=1、0≦f<1、0≦g≦1、0≦h≦1)で表される3−5族化合物半導体からなるn型にドープされてなるn型層、一般式Ini Gaj Alk N(ただし、i+j+k=1、0≦i≦1、0≦j≦1、0≦k≦1)で表される3−5族化合物半導体からなる発光層、及び一般式Inm Gan Alo N(ただし、m+n+o=1、0≦m<1、0≦n≦1、0≦o<1)で表される3−5族化合物半導体からなるp型にドープされてなるp型層を、この順に接して又は他の層を介して配置された積層構造からなる3−5族化合物半導体を製造するに当り、該下地層を該n型層のキャリア濃度よりも低いキャリア濃度で積層することを特徴とする3−5族化合物半導体の結晶性向上方法。
- n型層と発光層の間にn型層よりも不純物濃度の低い、一般式Gap Alq N(ただし、p+q=1、0≦p≦1、0≦q≦1)で表される中間層を積層することを特徴とする請求項1〜3いずれかに記載の方法。
- n型層のキャリア濃度を5×1017cm-3以上とし、下地層のキャリア濃度を1×1017cm-3以下とすることを特徴とする請求項1〜4いずれかに記載の方法。
- 発光層を5Å以上500Å以下の厚さに積層することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の方法。
- 発光層に含まれるSi、Ge、Mg、Zn及びCdの各元素の濃度を、いずれも1×1019cm-3以下に抑制することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の方法。
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2004
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