JP2005259827A - Nitride semiconductor light emitting device and method of growing nitride semiconductor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、紫外線から近赤外線まで高輝度で発光する窒化物半導体発光素子と窒化物半導体の成長方法に関する。 The present invention relates to a nitride semiconductor light emitting device that emits light with high luminance from ultraviolet to near infrared and a method for growing a nitride semiconductor.
青色発光ダイオード等で使用される窒化ガリウム系半導体として、例えば特許文献1「窒化インジウムガリウム半導体の成長方法」が開示されている。この特許文献1では、窒化インジウムガリウム(InxGa1−xN:0<x≦1、以下単に「InGaN」と表す)の発光層を600℃より高い成長温度で成長させている。なお特許文献1の方法で得られたInGaN中のInの比率xは0.25であり、発光波長は約450nmの青色である。
As a gallium nitride semiconductor used in a blue light emitting diode or the like, for example,
一方、非特許文献1のFig.6に、InGaNの発光層におけるInの比率xと光子エネルギー(Photon energy:eV)との関係が示されており、Inの比率xにより、発光する波長が変化し、x=0.25付近で波長450nm前後の青色、x=0.5付近で波長830nm付近の近赤外、その中間において波長650nm付近の赤色を発光させることができることが知られている。 On the other hand, FIG. 6 shows the relationship between the In ratio x and the photon energy (Photon energy: eV) in the InGaN light-emitting layer, and the emission wavelength varies depending on the In ratio x, and around x = 0.25. It is known that blue light having a wavelength of about 450 nm, near infrared light having a wavelength of about 830 nm near x = 0.5, and red light having a wavelength of about 650 nm in the middle can be emitted.
さらに、非特許文献2は、InNの禁制帯幅は0.7〜0.8eVにあることを示しており、その結果窒化物半導体の光デバイスとしての適用範囲は、AlNの6.2eVからInNの0.8eVまでカバーすることになり、遠紫外線の200nmから光通信波長の1550nmまで広がることを示している。
Furthermore, Non-Patent
なお、本発明に関連するその他の文献として、特許文献2、3、非特許文献3〜5があげられる。
特許文献2の「窒化物半導体レーザ素子」は、それぞれInxGa1−xN(0≦x≦1)からなる井戸層と障壁層を含む多重量子井戸からなる活性層を有する窒化ガリウム系半導体レーザ素子において、井戸層と障壁層とのバンドギャップエネルギーの差が0.20eV以上、0.30eV以下であるものである。
Other documents related to the present invention include
The “nitride semiconductor laser device” of
上述したように、窒化物半導体の光デバイスとしての適用範囲は、AlNの6.2eVからInNの0.8eVまでカバーすることができ、遠紫外線の200nmから光通信波長の1550nmまで発光する可能性を秘めている。
しかし、従来例で開示されている窒化物半導体素子では、窒化インジウムガリウム(InxGa1−xN:0<x≦1)中のInの比率xは、最大でもたかだか0.25程度にすぎず、x値が0.5以上では結晶性に優れた窒化インジウムガリウムが得られにくく、黄色から近赤外発光の発光ダイオード、レーザは実現できなかった。
As described above, the application range of nitride semiconductors as an optical device can cover from 6.2 eV of AlN to 0.8 eV of InN, and can emit light from 200 nm of deep ultraviolet light to 1550 nm of optical communication wavelength. I have a secret.
However, in the nitride semiconductor device disclosed in the conventional example, the ratio x of In in indium gallium nitride (In x Ga 1-x N: 0 <x ≦ 1) is at most only about 0.25. In addition, when the x value is 0.5 or more, it is difficult to obtain indium gallium nitride excellent in crystallinity, and a light emitting diode or laser emitting yellow to near infrared light cannot be realized.
この原因は、以下のように説明することができる。
第1の原因は、図7に示す、窒化インジウムガリウム中のInのモル分率xと平衡温度との関係である。この図に示すように、InxGa1−xN中のInのモル分率xを約0.5以上に高めと、その平衡温度は常圧において約600℃以下となる。そのため、サファイア基板の表面にInGaNの半導体被膜を成長させる過程で、サファイア基板や形成されたInGaNを約600℃以上に加熱すると、InGaNが熱分解してしまう。
一方、従来の有機金属気相成長法で高品質の発光層である窒化インジウムガリウムを得るためには、600℃を超えた基板温度で作製する必要があった。そのため、高濃度のインジウムを含むInGaNは相分離を起こし、現実問題として赤を超える波長を発光するInGaNの成長に成功したことはなかった。すなわち、600℃以下では高品質の窒化物半導体の成長は困難であった。
This cause can be explained as follows.
The first cause is the relationship between the molar fraction x of In in indium gallium nitride and the equilibrium temperature shown in FIG. As shown in this figure, when the molar fraction x of In in In x Ga 1-x N is increased to about 0.5 or more, the equilibrium temperature becomes about 600 ° C. or less at normal pressure. Therefore, in the process of growing an InGaN semiconductor film on the surface of the sapphire substrate, if the sapphire substrate or the formed InGaN is heated to about 600 ° C. or higher, the InGaN is thermally decomposed.
On the other hand, in order to obtain indium gallium nitride which is a high-quality light emitting layer by the conventional metal organic vapor phase epitaxy method, it was necessary to produce the substrate at a substrate temperature exceeding 600 ° C. Therefore, InGaN containing a high concentration of indium causes phase separation, and as a practical problem, InGaN that emits light having a wavelength exceeding red has never been successfully grown. That is, it is difficult to grow a high-quality nitride semiconductor at 600 ° C. or lower.
第2の原因は、非特許文献3にも記載されているように、窒化インジウムガリウムの混晶を構成するInNとGaNは結合長が約11%異なるため、巨視的には均一であっても、原子レベルでは混晶半導体の組成は制御されておらず、そのため均一な混合結晶を得ることが難しく、In濃度が高くなると相分離、インジウムドロップレットが発生し、高品質なInGaNを得ることが困難であった。
As described in
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、紫外線から近赤外線まで高輝度で発光する窒化物半導体発光素子と、この窒化物半導体をInの比率範囲が広く原子レベルでも制御された組成で成長させ、発光効率の高い活性層を得ることができる窒化物半導体の成長方法を提供することにある。 The present invention has been made to solve such problems. That is, an object of the present invention is to grow a nitride semiconductor light emitting device that emits light with high luminance from ultraviolet to near infrared, and to grow the nitride semiconductor with a composition having a wide In ratio range and controlled even at the atomic level. An object of the present invention is to provide a method for growing a nitride semiconductor capable of obtaining a high active layer.
本発明によれば、結晶成長用基板上に、n型窒化物半導体、発光層、およびp型窒化物半導体を順に成長させた窒化物半導体発光素子であって、
前記発光層は、InNからなる井戸層と、InxGa1-xN(0≦x≦0.3)又は窒化アルミニウムガリウム(AlyGa1−yN:0≦y≦0.3)からなる障壁層とを有し、該井戸層と障壁層の膜厚はそれぞれ10nm以下であり、これにより超格子構造を形成する、ことを特徴とする窒化物半導体発光素子が提供される。
According to the present invention, there is provided a nitride semiconductor light-emitting device in which an n-type nitride semiconductor, a light-emitting layer, and a p-type nitride semiconductor are sequentially grown on a crystal growth substrate,
The light emitting layer includes a well layer made of InN and In x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 0.3) or aluminum gallium nitride (Al y Ga 1-y N: 0 ≦ y ≦ 0.3). There is provided a nitride semiconductor light emitting device characterized in that the well layer and the barrier layer each have a thickness of 10 nm or less, thereby forming a superlattice structure.
また本発明によれば、結晶成長用基板上に、n型窒化物半導体、発光層、およびp型窒化物半導体を順に成長させる窒化物半導体の成長方法であって、
結晶成長用基板を反応容器内で約600℃以下の温度に保持し、反応容器内に前駆体を順次供給し、基板表面にパルスレーザを照射しその照射部分にInNからなる井戸層と、InxGa1-xN(0≦x≦0.3)又は窒化アルミニウムガリウム(AlyGa1−yN:0≦y≦0.3)からなる障壁層とを有機金属気相成長法により交互にそれぞれ10nm以下の膜厚に成長させ、これにより超格子構造を形成する、ことを特徴とする窒化物半導体の成長方法が提供される。
Further, according to the present invention, there is provided a nitride semiconductor growth method for sequentially growing an n-type nitride semiconductor, a light emitting layer, and a p-type nitride semiconductor on a crystal growth substrate,
The substrate for crystal growth is maintained at a temperature of about 600 ° C. or less in the reaction vessel, precursors are sequentially supplied into the reaction vessel, the surface of the substrate is irradiated with a pulsed laser, a well layer made of InN is formed on the irradiated portion, and In x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 0.3) or aluminum gallium nitride (Al y Ga 1-y N : 0 ≦ y ≦ 0.3) alternately by organometallic vapor phase epitaxy and a barrier layer made of In addition, a method for growing a nitride semiconductor is provided, in which each is grown to a thickness of 10 nm or less, thereby forming a superlattice structure.
上記本発明の手段によれば、結晶成長用基板を反応容器内で約600℃以下の温度に保持するので、基板の表面にInGaN(又はAlGaN)の半導体被膜が成長する過程でその熱分解を防止することができる。
また、反応容器内に前駆体を順次供給し、基板表面にパルスレーザを照射しその照射部分にInNからなる井戸層と、InxGa1-xN(0≦x≦0.3)又は窒化アルミニウムガリウム(AlyGa1−yN:0≦y≦0.3)からなる障壁層とを有機金属気相成長法により成長させるので、パルスレーザにより前駆体を照射部分で励起してその分子結合(N−H結合、C−アミン結合、等)を切断し、その部分にInGaN(又はAlGaN)を成長させることができる。
さらに、井戸層と障壁層を交互にそれぞれ10nm以下の膜厚に成長させるので、原子レベルでも制御された歪みの少ない超格子構造を形成することができる。
従って、歪みの少ない超格子構造を形成するので、Inの比率範囲が広く発光効率の高い活性層を得ることができ、紫外線から近赤外線まで高輝度で発光する窒化物半導体発光素子を得ることができる。
According to the above means of the present invention, the crystal growth substrate is maintained at a temperature of about 600 ° C. or less in the reaction vessel, so that the thermal decomposition is performed in the process of growing the InGaN (or AlGaN) semiconductor film on the surface of the substrate. Can be prevented.
Further, precursors are sequentially supplied into the reaction vessel, the surface of the substrate is irradiated with a pulse laser, and a well layer made of InN is formed on the irradiated portion, and In x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 0.3) or nitriding A barrier layer made of aluminum gallium (Al y Ga 1-y N: 0 ≦ y ≦ 0.3) is grown by metal organic vapor phase epitaxy. A bond (N—H bond, C-amine bond, etc.) can be broken, and InGaN (or AlGaN) can be grown there.
Furthermore, since the well layers and the barrier layers are alternately grown to a thickness of 10 nm or less, a superlattice structure with less strain controlled at the atomic level can be formed.
Therefore, since a superlattice structure with less strain is formed, an active layer having a wide In ratio range and high luminous efficiency can be obtained, and a nitride semiconductor light emitting device that emits light with high luminance from ultraviolet to near infrared can be obtained. it can.
本発明の好ましい実施形態によれば、前記発光層は、井戸層と障壁層を交互に積層した量子井戸構造である。
この構成により、それぞれ10nm以下の膜厚からなる超格子構造を形成するとともに、その全膜厚を任意に設定し、発光強度を制御することができる。
According to a preferred embodiment of the present invention, the light emitting layer has a quantum well structure in which well layers and barrier layers are alternately stacked.
With this configuration, it is possible to form superlattice structures each having a thickness of 10 nm or less and to arbitrarily set the total thickness to control the emission intensity.
また発光波長を制御するために、前記井戸層と障壁層の膜厚比を、所定の範囲で設定するのがよい。
この手段により、井戸層と障壁層をそれぞれ高品質に保持したままで、発光層全体のIn比率を広範囲に自由に調整することができる。
In order to control the emission wavelength, the film thickness ratio between the well layer and the barrier layer is preferably set within a predetermined range.
By this means, the In ratio of the entire light emitting layer can be freely adjusted over a wide range while maintaining the well layer and the barrier layer with high quality.
また発光波長を制御するために、前記井戸層の膜厚を、1nmを超えない所定の範囲で設定してもよい。
この手段により、井戸幅(井戸層の膜厚)を制御すれば発光波長を制御することができる。
In order to control the emission wavelength, the thickness of the well layer may be set within a predetermined range not exceeding 1 nm.
By this means, the emission wavelength can be controlled by controlling the well width (well layer thickness).
また、前記n型窒化物半導体は、窒化ガリウム又は窒化アルミニウムガリウムである、ことが好ましい。
また、前記パルスレーザは、YAGレーザ、エキシマレーザ、等である、ことが好ましい。
The n-type nitride semiconductor is preferably gallium nitride or aluminum gallium nitride.
The pulse laser is preferably a YAG laser, an excimer laser, or the like.
上述したように、本発明の窒化物半導体発光素子は、紫外線から近赤外線まで高輝度で発光でき、本発明の成長方法によりこの窒化物半導体をInの比率範囲が広く原子レベルでも制御された組成で成長させ、発光効率の高い活性層を得ることができる、等の優れた効果を有する。 As described above, the nitride semiconductor light emitting device of the present invention can emit light with high brightness from ultraviolet to near infrared, and the nitride semiconductor has a wide In ratio range and is controlled even at the atomic level by the growth method of the present invention. It is possible to obtain an active layer having a high luminous efficiency and the like.
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the common part in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
我々は特許文献3の「半導体結晶膜の成長方法」において、パルスレーザを照射しながら成長することにより、ノンドープで高品質なInGaNが650℃以下の温度にて成長できることを示した。
また、非特許文献4の「InGaN薄膜における自然超格子構造」において、InN層/InGaN層の超格子構造が形成可能であり、これにより歪エネルギーを緩和できることが報告されている。
更に、非特許文献5の「超格子構造とその無秩序化の評価」において、混晶半導体Ga1-xAlxAsの代わりにGaAsとAlAsの超格子を使用することが可能であることが示されている。
In the “semiconductor crystal film growth method” of
Further, in “Natural superlattice structure in InGaN thin film” of Non-Patent
Furthermore, “Evaluation of superlattice structure and disorder” in
本発明は、以上のことを鑑み、発明に至ったものである。すなわち、特許文献3の手段を用いれば、Inの比率xが0≦x≦0.3の範囲で高品質の窒化インジウムガリウム(InxGa1−xN)を成長させることができ、これをInNからなる井戸層と組み合わせて膜厚がそれぞれ10nm以下の超格子構造を形成することにより、紫外線から近赤外線まで高輝度で発光できる発光効率の高い活性層を容易に得ることができる。
The present invention has been made in view of the above. That is, if the means of
図1は、本発明の方法により窒化物半導体を成長させる装置の模式図である。レーザコントローラ12により制御されたレーザ装置11(例えばエキシマレーザ)により、パルスレーザ10を発生・放射する。このパルスレーザ10は、ビーム成形光学系13によりエネルギー分布が均一化され、ミラー14で下向きに反射され、反応容器6に設けられた開口(図示せず)を通して、結晶成長用基板1の上面に照射される。基板1は、シリコン、SiC又はサファイアであるのがよい。
FIG. 1 is a schematic view of an apparatus for growing a nitride semiconductor by the method of the present invention. A
パルスレーザ10は、ミラー14の揺動又はビーム成形光学系13の移動により基板上を走査する。また、ステージコントローラ16により、基板1を二次元的に移動できるようになっている。更に、反応容器6(チャンバー)内はポンプ系15及びガス導入部17により所定のガス雰囲気にコントロールされる。
The
本発明の方法では、基板1は反応容器6内で図示しない温度調節手段(例えばヒータ)によりInGaNが熱分解しない温度に保持される。また、反応容器6内にIn,Ga,Nの前駆体がガス導入部17より順次又は同時に供給される。InGaNが熱分解しない温度は、約600℃以下であるのがよい。なお約600℃を超える温度では熱分解しやすくなる。また、約500℃未満ではInGaNの結晶ができにくくなる。
In the method of the present invention, the
図2Aは、本発明による成長させる窒化物半導体の構成例である。この図において、窒化物半導体5は、結晶成長用基板1上に、n型窒化物半導体2、窒化インジウムガリウムの発光層3、およびp型窒化物半導体を順に成長させることにより製造される。
図2Bは、図2Aの一部をエッチングにより取り除き、n型窒化物半導体2とp型窒化物半導体4に電極7を取り付け、発光ダイオードを形成した場合の構成例である。
FIG. 2A is a configuration example of a nitride semiconductor to be grown according to the present invention. In this figure, a
FIG. 2B shows a configuration example in which a part of FIG. 2A is removed by etching, an
本発明により成長させる窒化インジウムガリウムの発光層3は、InNからなる井戸層3aと、井戸層3aの上下に位置しInxGa1-xN(0≦x≦0.3)からなる障壁層3bとを有する。なおこの場合、InN及び0≦x≦0.3の範囲のInxGa1-xN(GaNを含む)は、欠陥のない薄膜が本発明の方法で容易に形成できるので、同一組成の混晶半導体よりも容易に発光効率の高い活性層を得ることができる。
また、本発明において、井戸層3aと障壁層3bの膜厚はそれぞれ10nm以下に設定され、超格子構造を形成するようになっている。また発光層3は、単一の井戸層3aに限られず、複数の井戸層3aと複数の障壁層3bを交互に積層した量子井戸構造であってもよい。
The
In the present invention, the film thicknesses of the
また、発光層全体のIn比率を、井戸層と障壁層の膜厚比により制御して発光波長を制御する。
例えば、InNからなる井戸層3aとGaNからなる障壁層3bを膜厚比1:1で積層した場合、発光層3全体のIn比率xは0.5となり、InxGa1-xN(x=0.5)の発光層として、波長830nm付近の近赤外光を発光させることができる。
同様に、例えばInNからなる井戸層3aとInxGa1-xN(x=0.3)からなる障壁層3bを膜厚比2:1で積層した場合、InxGa1-xN(x=0.77)の発光層を形成できる。
Further, the emission ratio is controlled by controlling the In ratio of the entire light emitting layer by the film thickness ratio of the well layer and the barrier layer.
For example, when the
Similarly, for example, when a
なお、図2A,Bにおいて、発光層全体のIn比率は、0.5以上であるのが好ましく、これにより、従来困難だった赤色や近赤外波長の発光素子を成長させることができる。
なお、本発明はこれに限定されず、In,Ga,Nの比率を変更して、0<x≦1の範囲でInの比率xを変化させることができ、これにより、紫外、青色発光ダイオード、レーザダイオードのみならず、近赤外波長の発光素子として用いることもできる。
In FIGS. 2A and 2B, the In ratio of the entire light emitting layer is preferably 0.5 or more, so that it is possible to grow a light emitting element having a red or near infrared wavelength, which has been difficult in the past.
Note that the present invention is not limited to this, and the ratio of In, Ga, and N can be changed to change the ratio of In in the range of 0 <x ≦ 1. It can be used not only as a laser diode but also as a light emitting element of near infrared wavelength.
また、量子井戸間の相互作用のない超格子における弱励起でのフォトルミネッセンスは、量子井戸内の最低準位にある電子と重い正孔および軽い正孔との再結合によって起こることが知られている。このような再結合過程を仮定した場合、井戸層の幅と発光ピークの関係は図3に示すようになる。この図からわかるように、井戸層3aの膜厚を、発光波長を制御するように1nmを超えない所定の範囲に設定することによって、井戸幅(井戸層の膜厚)により発光波長を制御することができる。
さらに、障壁層をAlyGa1-yN(0≦y≦0.3)としても同様の効果を得ることができる。
It is also known that photoluminescence with weak excitation in superlattices without interaction between quantum wells is caused by recombination of electrons at the lowest level in the quantum well with heavy and light holes. Yes. Assuming such a recombination process, the relationship between the width of the well layer and the emission peak is as shown in FIG. As can be seen from this figure, the emission wavelength is controlled by the well width (well layer thickness) by setting the thickness of the
Further, the same effect can be obtained even when the barrier layer is made of Al y Ga 1-y N (0 ≦ y ≦ 0.3).
図1に示した装置を用い、下記の実験条件の下に、成長温度600℃においてパルスレーザ10を照射しながら窒化ガリウム基板2の上にInGaNを成長させた。なお窒化ガリウム基板2は、1000℃まで加熱後に600℃まで下げ、成長中この温度に保持した。
Using the apparatus shown in FIG. 1, InGaN was grown on the
(実験条件)
1.反応ガス
トリメチルガリウム(TEG): 1.2×10−5atm
トリメチルインジウム(TMI): 3.0×10−5atm
アンモニア: 0.4atm
窒素ガス: 850ml/min
2.基板温度 600℃
3.レーザ装置 Nd:YAGレーザ
出力 1mW
繰り返し周波数 1Hz
波長 532nm
4.成長時間 2Hr
(Experimental conditions)
1. Reaction gas Trimethylgallium (TEG): 1.2 × 10 −5 atm
Trimethylindium (TMI): 3.0 × 10 −5 atm
Ammonia: 0.4 atm
Nitrogen gas: 850 ml / min
2.
3. Laser device Nd: YAG laser output 1mW
Repeat frequency 1Hz
Wavelength 532nm
4). Growth time 2Hr
成長した窒化インジウムガリウム(InxGa1−xN:0<x≦1)中のInの比率xは、0.53であった。以下このInGaNを、In0.53Ga0.47Nと表示する。 The In ratio x in the grown indium gallium nitride (In x Ga 1-x N: 0 <x ≦ 1) was 0.53. Hereinafter, this InGaN is represented as In 0.53 Ga 0.47 N.
図4は、レーザを照射した場合と照射しない場合の、In0.53Ga0.47NのωスキャンX線回折振動カーブの比較図である。この図において、Aは照射あり、Bは照射なしの場合である。この図から、レーザを照射して成長させた膜のFWHMは、レーザを照射しない場合よりも小さいことがわかる。
図5は、SEMで観察したIn0.53Ga0.47Nの表面像(A)と断面像(B)である。この図から、高濃度のInを低温で成長させているにもかかわらず、相分離や転位の発生がなく、均一な膜が形成されていることがわかる。また、断面像(B)において、GaNとInGaNが界面を接して積層されており、井戸層3aと障壁層3bの膜厚をそれぞれ10nm以下に設定することにより、超格子構造が形成できることが予測できる。
図6に成長した活性層であるIn0.53Ga0.47Nの光ルミネセンス測定の結果を示す。この図において、横軸は波長[nm]、縦軸はフォトルミネッセンスでの発光強度を示している。
また、図中の実線は室温(RT)での発光、破線は77Kでの発光を示している。
FIG. 4 is a comparison diagram of ω-scan X-ray diffraction vibration curves of In 0.53 Ga 0.47 N with and without laser irradiation. In this figure, A is the case with irradiation and B is the case without irradiation. From this figure, it can be seen that the FWHM of the film grown by laser irradiation is smaller than that in the case of no laser irradiation.
FIG. 5 shows a surface image (A) and a cross-sectional image (B) of In 0.53 Ga 0.47 N observed by SEM. From this figure, it can be seen that even though a high concentration of In is grown at a low temperature, no phase separation or dislocation occurs and a uniform film is formed. In the cross-sectional image (B), GaN and InGaN are stacked in contact with each other, and it is predicted that a superlattice structure can be formed by setting the thicknesses of the
FIG. 6 shows the result of photoluminescence measurement of In 0.53 Ga 0.47 N, which is the active layer grown. In this figure, the horizontal axis indicates the wavelength [nm], and the vertical axis indicates the light emission intensity in photoluminescence.
In the figure, the solid line indicates light emission at room temperature (RT), and the broken line indicates light emission at 77K.
この図から、高インジウム組成かつノンドープにもかかわらず、パンド端発光が見られ、品質のよいInGaNが得られており、パルスレーザの照射により、600℃以下でも高品質なInGaNが得られることが明らかとなった。ノンドープでも高品質なInGaNが得られることから、n型、p型または両方のドーパントをドープすることにより、更に高発光のInGaNが得られることは明らかである。 From this figure, despite the high indium composition and non-doping, the emission at the puddle edge is seen, and high-quality InGaN is obtained, and high-quality InGaN can be obtained even at 600 ° C. or lower by irradiation with a pulse laser. It became clear. Since high-quality InGaN can be obtained even without being doped, it is clear that doping with n-type, p-type or both dopants can provide InGaN with higher light emission.
このように、600℃以下で成長が可能となったため、全インジウム組成のInGaNを相分離が起こることがなく作製することができる。また、InGaNの上部に成長させるp型(AlyGa1−yN:0≦y≦1)についても、同様に品質の良い結晶が得られる。
また、ビームを均一化する光学系を用いることで、例えばサファイア基板のような2インチサイズ全面に対して発光デバイスに必要な(InxGa1−xN:0<x<1)発光層およびp型(AlyGa1−yN:0≦y≦1)を低温で成長させることができる。
As described above, since growth is possible at 600 ° C. or lower, InGaN having the entire indium composition can be manufactured without causing phase separation. Similarly, a high-quality crystal can be obtained for p-type (Al y Ga 1-y N: 0 ≦ y ≦ 1) grown on top of InGaN.
Further, by using an optical system that makes the beam uniform, for example, a (In x Ga 1-x N: 0 <x <1) light-emitting layer necessary for a light-emitting device on the entire surface of a 2-inch size such as a sapphire substrate, and p-type (Al y Ga 1-y N : 0 ≦ y ≦ 1) can be a grown at a low temperature.
なお、本発明は上述した実施例及び実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。 In addition, this invention is not limited to the Example and embodiment mentioned above, Of course, it can change variously in the range which does not deviate from the summary of this invention.
1 基板、2 n型窒化物半導体、3 発光層、4 p型窒化物半導体、
5 窒化物半導体、6 反応容器、7 電極、
10 パルスレーザ、12 レーザコントローラ、
11 エキシマレーザ、13 ビーム成形光学系、
14 ミラー、15 ポンプ系、16 ステージコントローラ、
17 ガス導入部
1 substrate, 2 n-type nitride semiconductor, 3 light emitting layer, 4 p-type nitride semiconductor,
5 Nitride semiconductors, 6 reaction vessels, 7 electrodes,
10 pulse laser, 12 laser controller,
11 excimer laser, 13 beam shaping optics,
14 mirror, 15 pump system, 16 stage controller,
17 Gas introduction part
Claims (9)
前記発光層は、InNからなる井戸層と、InxGa1-xN(0≦x≦0.3)又は窒化アルミニウムガリウム(AlyGa1−yN:0≦y≦0.3)からなる障壁層とを有し、該井戸層と障壁層の膜厚はそれぞれ10nm以下であり、これにより超格子構造を形成する、ことを特徴とする窒化物半導体発光素子。 A nitride semiconductor light-emitting device in which an n-type nitride semiconductor, a light-emitting layer, and a p-type nitride semiconductor are sequentially grown on a crystal growth substrate,
The light emitting layer includes a well layer made of InN and In x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 0.3) or aluminum gallium nitride (Al y Ga 1-y N: 0 ≦ y ≦ 0.3). A nitride semiconductor light emitting device, wherein the well layer and the barrier layer each have a thickness of 10 nm or less, thereby forming a superlattice structure.
結晶成長用基板を反応容器内で約600℃以下の温度に保持し、反応容器内に前駆体を順次供給し、基板表面にパルスレーザを照射しその照射部分にInNからなる井戸層と、InxGa1-xN(0≦x≦0.3)又は窒化アルミニウムガリウム(AlyGa1−yN:0≦y≦0.3)からなる障壁層とを有機金属気相成長法により交互にそれぞれ10nm以下の膜厚に成長させ、これにより超格子構造を形成する、ことを特徴とする窒化物半導体の成長方法。 A method for growing a nitride semiconductor, comprising sequentially growing an n-type nitride semiconductor, a light emitting layer, and a p-type nitride semiconductor on a crystal growth substrate,
The substrate for crystal growth is maintained at a temperature of about 600 ° C. or less in the reaction vessel, precursors are sequentially supplied into the reaction vessel, the surface of the substrate is irradiated with a pulsed laser, a well layer made of InN is formed on the irradiated portion, and In x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 0.3) or aluminum gallium nitride (Al y Ga 1-y N : 0 ≦ y ≦ 0.3) alternately by organometallic vapor phase epitaxy and a barrier layer made of And growing a film thickness of 10 nm or less to form a superlattice structure, respectively.
The nitride semiconductor growth method according to claim 6, wherein the pulse laser is a YAG laser, an excimer laser, or the like.
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