JP2829319B2 - 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 - Google Patents
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子Info
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- JP2829319B2 JP2829319B2 JP23288588A JP23288588A JP2829319B2 JP 2829319 B2 JP2829319 B2 JP 2829319B2 JP 23288588 A JP23288588 A JP 23288588A JP 23288588 A JP23288588 A JP 23288588A JP 2829319 B2 JP2829319 B2 JP 2829319B2
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- light emitting
- compound semiconductor
- based compound
- gallium nitride
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Description
本発明は青色発光の窒化ガリウム系化合物半導体発光
素子に関する。
素子に関する。
従来、青色の発光ダイオードとしてGaN系の化合物半
導体を用いたものが知られている。そのGaN系の化合物
半導体は直接遷移であることから発光効率が高いこと、
光の３原色の１つである青色を発光色とすること等から
注目されている。 このようなGaN系の化合物半導体を用いた発光ダイオ
ードは、サファイア基板上に直接又は窒化アルミニウム
から成るバッファ層を介在させて、Ｎ導電型のGaN系の
化合物半導体から成るＮ層を成長させ、そのＮ層の上に
Ｉ導電型のGaN系の化合物半導体から成るＩ層を成長さ
せた構造をとっている。そして、その成長方法として、
ハライド気相成長法、有機金属化合物気相成長法（MOVP
E）が用いられている。
導体を用いたものが知られている。そのGaN系の化合物
半導体は直接遷移であることから発光効率が高いこと、
光の３原色の１つである青色を発光色とすること等から
注目されている。 このようなGaN系の化合物半導体を用いた発光ダイオ
ードは、サファイア基板上に直接又は窒化アルミニウム
から成るバッファ層を介在させて、Ｎ導電型のGaN系の
化合物半導体から成るＮ層を成長させ、そのＮ層の上に
Ｉ導電型のGaN系の化合物半導体から成るＩ層を成長さ
せた構造をとっている。そして、その成長方法として、
ハライド気相成長法、有機金属化合物気相成長法（MOVP
E）が用いられている。
ところで、上記の発光ダイオードの性能は、活性層で
あるＩ層の結晶性にかかっている。そのＩ層の結晶性は
Ｎ層の結晶性に依存している。そして、Ｎ層の結晶性を
向上させるために、結晶のミスフィットを減少させる目
的でサファイア基板とＮ層間にバッファ層を介在させて
いる。このバッファ層の結晶性によりＮ層の結晶性が支
配される。 本発明者らは、かかる結晶成長について研究を重ねて
きた。その結果、次のことが判明された。 第１に、このバッファ層はMOCVD法により成長させる
ことから、成長温度を高くする必要があり、そのため、
ピットが生じ易く、そのことがＮ層の結晶性を阻害す
る。 第２に、Ｎ層の結晶性を向上させるには、バッファ層
は非常に薄い結晶成長の核が均一に分散していることが
必要である。しかし、そのことを阻止する原因として、
MOCVD法では、トリメチルアルミニウム（TMA）とアンモ
ニア（NH3）の反応により窒化アルミニウム（AlN）を成
長させる時に、メチル基、水素等の立体障害がある。 第３に、発光ダイオードの特性上からは、Ｎ層やＩ層
へのアルミニウム原子の拡散等を防止するためにもバッ
ファ層の厚さは可能な限り薄い方が望ましい。 本発明は、このような結論を元に完成されたものであ
り、その目的は、バッファ層を結晶成長の核を均一に分
散させたものとすることにより、Ｎ層及びＩ層の結晶性
を向上させることができ、更に発光ダイオードの発光特
性を向上させることである。
あるＩ層の結晶性にかかっている。そのＩ層の結晶性は
Ｎ層の結晶性に依存している。そして、Ｎ層の結晶性を
向上させるために、結晶のミスフィットを減少させる目
的でサファイア基板とＮ層間にバッファ層を介在させて
いる。このバッファ層の結晶性によりＮ層の結晶性が支
配される。 本発明者らは、かかる結晶成長について研究を重ねて
きた。その結果、次のことが判明された。 第１に、このバッファ層はMOCVD法により成長させる
ことから、成長温度を高くする必要があり、そのため、
ピットが生じ易く、そのことがＮ層の結晶性を阻害す
る。 第２に、Ｎ層の結晶性を向上させるには、バッファ層
は非常に薄い結晶成長の核が均一に分散していることが
必要である。しかし、そのことを阻止する原因として、
MOCVD法では、トリメチルアルミニウム（TMA）とアンモ
ニア（NH3）の反応により窒化アルミニウム（AlN）を成
長させる時に、メチル基、水素等の立体障害がある。 第３に、発光ダイオードの特性上からは、Ｎ層やＩ層
へのアルミニウム原子の拡散等を防止するためにもバッ
ファ層の厚さは可能な限り薄い方が望ましい。 本発明は、このような結論を元に完成されたものであ
り、その目的は、バッファ層を結晶成長の核を均一に分
散させたものとすることにより、Ｎ層及びＩ層の結晶性
を向上させることができ、更に発光ダイオードの発光特
性を向上させることである。
本発明は、本発明者らによって初めて明らかにされた
上記結論に立脚するものであり、本発明者らは、バッフ
ァ層を分子線エピタキシー法（MBE）で成長させれば望
ましい結果が得られることを初めて着想したのである。 即ち、上記課題を解決するための発明の構成は、基板
と、基板上に、室温から500℃の範囲の温度で、分子線
エピタキシー法（MBE）で成長させた厚さ100〜500Åの
バッファ層と、バッファ層上に成長した窒化ガリウム系
化合物半導体から成る素子層とを有する窒化ガリウム系
化合物半導体発光素子である。又、他の特徴は、上記の
方法で製造されたバッファ層上に、素子層を、有機金属
化合物気相成長法（MOVPE）により形成したことであ
る。
上記結論に立脚するものであり、本発明者らは、バッフ
ァ層を分子線エピタキシー法（MBE）で成長させれば望
ましい結果が得られることを初めて着想したのである。 即ち、上記課題を解決するための発明の構成は、基板
と、基板上に、室温から500℃の範囲の温度で、分子線
エピタキシー法（MBE）で成長させた厚さ100〜500Åの
バッファ層と、バッファ層上に成長した窒化ガリウム系
化合物半導体から成る素子層とを有する窒化ガリウム系
化合物半導体発光素子である。又、他の特徴は、上記の
方法で製造されたバッファ層上に、素子層を、有機金属
化合物気相成長法（MOVPE）により形成したことであ
る。
本発明は、基板上に、上記の温度範囲及び厚さの範囲
で、バッファ層を分子線エピタキシー法で成長させたの
で、バッファ層の結晶の核を均一に薄く分散させること
ができ、その上に成長させる素子層の単結晶性を向上さ
せることができた。従って、発光ダイオードの発光特性
を向上させることができた。
で、バッファ層を分子線エピタキシー法で成長させたの
で、バッファ層の結晶の核を均一に薄く分散させること
ができ、その上に成長させる素子層の単結晶性を向上さ
せることができた。従って、発光ダイオードの発光特性
を向上させることができた。
【実施例】 以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
図は本発明の具体的な一実施例に係る発光ダイオード１
の構成を示した断面図である。 主面をｃ面（（0001）面）とするサファイア基板２を
硝酸で洗浄した後、更にアセトンで洗浄した。そして、
洗浄後、窒素ガスを吹き付けて乾燥させた後、そのサフ
ァイア基板２をMBE装置のサセプタに取り付けた。その
後、サファイア基板２を500℃に加熱して、窒素ガスプ
ラズマ中で、アルミニウムを蒸発させて、サファイア基
板２の主面上に窒化アルミニウム（AlN）から成るバッ
ファ層３を約500Åの厚さに形成した。 その後、このバッファ層３の形成されたサファイア基
板２をMBE装置からグラブボックスを通じて、そのサフ
ァイア基板２をMOVPE装置の反応室のサセプタに取り付
けた。そして、サファイア基板２を1000℃に加熱して、
キャリアガスとしてH2を2.5／分、NH3を1.5／分、
トリメチルガリウム（TMG）を20ml/分の割合で60分間供
給し、膜厚約10μｍのＮ型のGaNから成るＮ層４を形成
した。 次に、サファイア基板２を900℃にして、H2を2.5／
分、NH3を1.5／分、TMGを15ml/分、ジエチル亜鉛（DE
Z）を10-3ml/分の割合で５分間供給して、Ｉ型のGaNか
ら成るＩ層５を膜厚1.0μｍに形成した。 次に、Ｎ層４の側壁とＩ層５の上面にアルミニウム電
極６、７を蒸着して、発光ダイオードを形成した。 このようにして得られた発光ダイオード１のＮ層４及
びＩ層５の断面の顕微鏡写真、高エネルギー電子線によ
る反射回析法（RHEED）により、良好な結晶性が得られ
ていることが分かった。 又、この発光ダイオード１の発光ピークのスペクトル
は480nmであり、発光強度（軸上輝度）は10mcdであっ
た。 尚、本発明者らの考察によれば、MBEで形成されたバ
ッファ層３では、Ｎ層４のGaNの成長の核が、バッファ
層３をMOVPEで成長させたものと比べて、均一に分散
し、そのために、Ｎ層４及びＩ層５の単結晶性が良くな
ったと考えられる。 又、バッファ層３は、サファイア基板２を500℃にし
てMBEで形成したので、多結晶であった。 又、本発明者らは、バッファ層３は多結晶で成長させ
た方が単結晶で成長させた方よりも、Ｎ層４及びＩ層５
の単結晶性が良いことも見出した。 このためにもMBEでバッファ層３を成長させることは
効果があり、多結晶とする成長温度は、室温〜500℃が
望ましい。 又、Ｎ層４及びＩ層５の単結晶性を良くするために
は、バッファ層３の厚さは100〜1000Åが望ましい。 尚、上記実施例では、Ｎ層４及びＩ層５をGaNで形成
したが、AlXGa1-XNで形成しても良い。
図は本発明の具体的な一実施例に係る発光ダイオード１
の構成を示した断面図である。 主面をｃ面（（0001）面）とするサファイア基板２を
硝酸で洗浄した後、更にアセトンで洗浄した。そして、
洗浄後、窒素ガスを吹き付けて乾燥させた後、そのサフ
ァイア基板２をMBE装置のサセプタに取り付けた。その
後、サファイア基板２を500℃に加熱して、窒素ガスプ
ラズマ中で、アルミニウムを蒸発させて、サファイア基
板２の主面上に窒化アルミニウム（AlN）から成るバッ
ファ層３を約500Åの厚さに形成した。 その後、このバッファ層３の形成されたサファイア基
板２をMBE装置からグラブボックスを通じて、そのサフ
ァイア基板２をMOVPE装置の反応室のサセプタに取り付
けた。そして、サファイア基板２を1000℃に加熱して、
キャリアガスとしてH2を2.5／分、NH3を1.5／分、
トリメチルガリウム（TMG）を20ml/分の割合で60分間供
給し、膜厚約10μｍのＮ型のGaNから成るＮ層４を形成
した。 次に、サファイア基板２を900℃にして、H2を2.5／
分、NH3を1.5／分、TMGを15ml/分、ジエチル亜鉛（DE
Z）を10-3ml/分の割合で５分間供給して、Ｉ型のGaNか
ら成るＩ層５を膜厚1.0μｍに形成した。 次に、Ｎ層４の側壁とＩ層５の上面にアルミニウム電
極６、７を蒸着して、発光ダイオードを形成した。 このようにして得られた発光ダイオード１のＮ層４及
びＩ層５の断面の顕微鏡写真、高エネルギー電子線によ
る反射回析法（RHEED）により、良好な結晶性が得られ
ていることが分かった。 又、この発光ダイオード１の発光ピークのスペクトル
は480nmであり、発光強度（軸上輝度）は10mcdであっ
た。 尚、本発明者らの考察によれば、MBEで形成されたバ
ッファ層３では、Ｎ層４のGaNの成長の核が、バッファ
層３をMOVPEで成長させたものと比べて、均一に分散
し、そのために、Ｎ層４及びＩ層５の単結晶性が良くな
ったと考えられる。 又、バッファ層３は、サファイア基板２を500℃にし
てMBEで形成したので、多結晶であった。 又、本発明者らは、バッファ層３は多結晶で成長させ
た方が単結晶で成長させた方よりも、Ｎ層４及びＩ層５
の単結晶性が良いことも見出した。 このためにもMBEでバッファ層３を成長させることは
効果があり、多結晶とする成長温度は、室温〜500℃が
望ましい。 又、Ｎ層４及びＩ層５の単結晶性を良くするために
は、バッファ層３の厚さは100〜1000Åが望ましい。 尚、上記実施例では、Ｎ層４及びＩ層５をGaNで形成
したが、AlXGa1-XNで形成しても良い。
【図面の簡単な説明】 図は本発明の具体的な一実施例に係る発光ダイオードの
構成を示した構成図である。 １……発光ダイオード、２……サファイア基板 ３……バッファ層、４……Ｎ層、５……Ｉ層
構成を示した構成図である。 １……発光ダイオード、２……サファイア基板 ３……バッファ層、４……Ｎ層、５……Ｉ層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森 正樹 愛知県西春日井郡春日村大字落合字長畑 １番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 馬渕 彰 愛知県西春日井郡春日村大字落合字長畑 １番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 赤崎 勇 愛知県名古屋市千種区不老町（番地な し） 名古屋大学内 (72)発明者 天野 浩 愛知県名古屋市千種区不老町（番地な し） 名古屋大学内 (56)参考文献 日本結晶成長学会誌，Ｖｏｌ．13，Ｎ ｏ．４，1986，ｐｐ．218−225 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 33/00
Claims (2)
- 【請求項１】基板と、 前記基板上に、室温から500℃の範囲の温度で、分子線
エピタキシー法（MBE）で成長させた厚さ100〜500Åの
バッファ層と、 前記バッファ層上に成長した窒化ガリウム系化合物半導
体から成る素子層とを有する窒化ガリウム系化合物半導
体発光素子。 - 【請求項２】前記素子層は、有機金属化合物気相成長法
（MOVPE）により形成された層であることを特徴とする
請求項１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素
子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23288588A JP2829319B2 (ja) | 1988-09-16 | 1988-09-16 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23288588A JP2829319B2 (ja) | 1988-09-16 | 1988-09-16 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0281482A JPH0281482A (ja) | 1990-03-22 |
| JP2829319B2 true JP2829319B2 (ja) | 1998-11-25 |
Family
ID=16946368
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23288588A Expired - Lifetime JP2829319B2 (ja) | 1988-09-16 | 1988-09-16 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2829319B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6821807B2 (en) | 2000-09-01 | 2004-11-23 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Method of forming nitride-based semiconductor layer, and method of manufacturing nitride-based semiconductor device |
| US7899101B2 (en) | 1994-09-14 | 2011-03-01 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6362017B1 (en) | 1990-02-28 | 2002-03-26 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Light-emitting semiconductor device using gallium nitride group compound |
| CA2037198C (en) | 1990-02-28 | 1996-04-23 | Katsuhide Manabe | Light-emitting semiconductor device using gallium nitride group compound |
| US6830992B1 (en) | 1990-02-28 | 2004-12-14 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Method for manufacturing a gallium nitride group compound semiconductor |
| US5278433A (en) * | 1990-02-28 | 1994-01-11 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Light-emitting semiconductor device using gallium nitride group compound with double layer structures for the n-layer and/or the i-layer |
| JP2593960B2 (ja) * | 1990-11-29 | 1997-03-26 | シャープ株式会社 | 化合物半導体発光素子とその製造方法 |
| EP0576566B1 (en) * | 1991-03-18 | 1999-05-26 | Trustees Of Boston University | A method for the preparation and doping of highly insulating monocrystalline gallium nitride thin films |
| EP0579897B1 (en) * | 1992-07-23 | 2003-10-15 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Light-emitting device of gallium nitride compound semiconductor |
| US5602418A (en) * | 1992-08-07 | 1997-02-11 | Asahi Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha | Nitride based semiconductor device and manufacture thereof |
| KR960007835A (ko) * | 1994-08-22 | 1996-03-22 | 강박광 | 청색 발광성 질화갈륨 적층막의 제조방법 |
| JPH0992882A (ja) * | 1995-09-25 | 1997-04-04 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体発光素子，及びその製造方法 |
| US6426512B1 (en) * | 1999-03-05 | 2002-07-30 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Group III nitride compound semiconductor device |
| US6713789B1 (en) | 1999-03-31 | 2004-03-30 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Group III nitride compound semiconductor device and method of producing the same |
| JP2001015803A (ja) * | 1999-06-29 | 2001-01-19 | Showa Denko Kk | ＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオード |
| CN105390578A (zh) * | 2015-12-04 | 2016-03-09 | 天津三安光电有限公司 | 一种氮化物底层及其制备方法 |
-
1988
- 1988-09-16 JP JP23288588A patent/JP2829319B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 日本結晶成長学会誌，Ｖｏｌ．１３，Ｎｏ．４，１９８６，ｐｐ．２１８−２２５ |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7899101B2 (en) | 1994-09-14 | 2011-03-01 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
| US8934513B2 (en) | 1994-09-14 | 2015-01-13 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
| US6821807B2 (en) | 2000-09-01 | 2004-11-23 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Method of forming nitride-based semiconductor layer, and method of manufacturing nitride-based semiconductor device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0281482A (ja) | 1990-03-22 |
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