JP3100644B2 - 半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents

半導体発光素子及びその製造方法

Info

Publication number
JP3100644B2
JP3100644B2 JP2835491A JP2835491A JP3100644B2 JP 3100644 B2 JP3100644 B2 JP 3100644B2 JP 2835491 A JP2835491 A JP 2835491A JP 2835491 A JP2835491 A JP 2835491A JP 3100644 B2 JP3100644 B2 JP 3100644B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
gaaln
lattice
emitting device
light emitting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP2835491A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH04267376A (ja
Inventor
吾紅 波多野
敏英 泉谷
康夫 大場
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2835491A priority Critical patent/JP3100644B2/ja
Publication of JPH04267376A publication Critical patent/JPH04267376A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3100644B2 publication Critical patent/JP3100644B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
    • H01L2224/4809Loop shape
    • H01L2224/48091Arched
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481Disposition
    • H01L2224/48151Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48245Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H01L2224/48247Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item

Description

【発明の詳細な説明】[発明の目的]
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、短波長の半導体発光素
子及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】窒素を含むIII −V族化合物半導体であ
るGaN、AlNは、バンドギャップがそれぞれ3.4eV
、6eVで、また直接遷移型であり、短波長発光素子用
材料として期待されている。
【0003】従来、Gax Al1-x N(0≦x≦1)
(以下GaAlNと記す)層を形成する際、これらと格
子整合する良質な基板が無いため、便宜上、格子定数が
15%程度大きいサファイア基板上に結晶成長することが
多いが、転位、歪により格子欠陥が多く生じ、良質な結
晶が得られなかった。さらに、得られた結晶にp型ド−
プを行う際、p型ド−パントが欠陥の周りに集中し、有
効に働かない等の理由によりp型結晶が得られなかっ
た。そこで、サファイア基板上に結晶成長する際には、
一旦アモルファス状のAlNによりAlNバッファ層を
形成してからGaAlN層を成長させたり、予め基板表
面をNH3 により窒化してからGaAlN層の成長を行
うといった方法が採られた。これによりアンド−プ時の
キャリア濃度が1019cm-3以上であったのを1017cm-3程度
まで低下させることができたが、実用的な素子の実現の
ためには未だ不十分な値であり、ド−ピングにより良好
なp型結晶を得ることはできなかった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このように、GaAl
N層の成長には、格子整合をする基板がないために格子
欠陥が生じ、伝導型の制御が十分に行われないといった
問題があった。
【0005】本発明は、上記事情を考慮したもので、格
子欠陥が少なく、伝導型の制御を十分に行うことができ
る半導体発光素子と、その製造方法を提供することを目
的とする。[発明の構成]
【0006】
【課題を解決するための手段】GaAlN層と基板を完
全に格子整合させるためには、格子定数を合わせるだけ
ではなく格子型が等しいことが重要である。GaAlN
と同じ六方晶で格子定数が最も近い基板としてはSiC
が考えられる。特に2H−SiCはGaAlNと同じウ
ルツ鉱型である。SiCは発光波長に対して透明であ
り、短波長発光素子用の基板として最適であるが、Ga
AlNより3%程度格子が短い。一方、同じIII −V族
結合であるBNの格子定数はGaAlNに比べ、20%程
度も小さい。そこで、Bを少量、GaAlN中に添加す
ることができれば、SiCと格子整合させることが可能
となる。通常格子定数に大きな違いのある物質同士を混
合させることは非常に困難で、単にGaAlN中にBを
添加した場合には、Bが析出したり、多結晶化したりし
てGaAlN結晶中にBを取り込ませることはできなか
った。しかし、SiCのような、格子定数が比較的近い
基板上においてGaAlNを成長させながらBを添加し
ていくと、SiC基板付近で急激にBの取り込まれが増
大し、格子整合させることができる。このような方法に
よれば、SiC基板上にBを添加して格子整合したGa
AlN層を成長することが可能となる。
【0007】
【作用】SiC基板上に、Bを添加したGaAlNを成
長することにより、格子不整合により発生する転位や、
歪みが飛躍的に減少し低欠陥のGaAlN結晶の成長が
可能となる。低欠陥結晶の成長が可能になると欠陥まわ
りに集中し有効に働かなかったド−パントの活性化率を
高め、ド−ピングをすることにより低抵抗のp型結晶を
得ることが可能となる。図5に格子不整合とp型ド−ピ
ング後のキャリア濃度の関係について1例を示す。成長
温度において±0.5%の以内の格子不整合であれば、構成
材料等により異なるが、キャリア濃度は1016から1018
度が得られる。格子不整合が大きくなるとキャリア濃度
は急激に減少する。これらより、格子不整合を緩和する
ことが低抵抗のp型結晶を得るために重要であることが
わかる。
【0008】また、青色域だけではなく紫外域において
も発光波長に対して透明であるSiC基板を用いること
により光取り出しが効率よく行われ、高効率の青色光お
よび紫外光発光素子の実現が可能となる。本発明によ
り、高品質で伝導型の制御も行なえるGaAlN層の作
成が可能となり、高輝度短波長発光素子が実現できる。
【0009】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図1は、本発明の第1の実施例であるLEDの概
略構成図である。n−6H−SiC基板11上にn−Ga
0.850.15N層12(Siド−プ、1×1017cm-3)が3μ
m形成され、その上にp−Ga0.850.15層13(Mgド
−プ、1×1017cm-3)が2μm形成されている。図中1
4、15は金属電極である。以下に、このLEDにおける
結晶成長方法について説明する。
【0010】図2は、本発明の実施例に用いた成長装置
を示す概略構成図である。図中21は石英製の反応管(反
応炉)であり、この反応管21内にはガス導入口22から原
料混合ガスが導入される。そして、反応管21内のガスは
ガス排気口23から排気されるものとなっている。反応管
21内には、カ−ボン製のサセプタ24が配置されており、
試料基板25はこのサセプタ24上に載置される。またサセ
プタ24は高周波コイル26により誘導加熱されるものとな
っている。
【0011】まず、SiC基板25を前記サセプタ24上に
載置する。ガス導入管22から高純度水素を毎分2.5 l導
入し、反応管21内の大気を置換する。次いで、ガス排気
口23をロ−タリ−ポンプに接続し、反応管21内を減圧
し、内部の圧力を20〜300torrの範囲に設定する。その
後ガス導入口22からH2 ガスを導入し、高周波コイル26
によりサセプタ及び基板25を加熱し基板温度1150〜1850
℃で30分間保持して基板の清浄化を行う。
【0012】次いで、基板温度を1150〜1350℃に低下さ
せた後、H2 ガスをN供給ガス(例えばNH3 ガス)に
切り替えると共に、Ga供給ガス(例えばGa(C
3 3、Ga(C2 5 3 )、Al供給ガス(例え
ばAl(CH3 3 、Al(C25 3 を導入して成
長を行う。同時にB供給ガス(例えばB2 6 、B(C
3 3 、B(C2 53 )を導入してBの添加を行
う。
【0013】具体的には、図1のLED製造には、原料
としてNH3 を1×10-3mol /min、Ga(C2 5
3 を1×10-5mol /min 、B2 6 を1×10-7mol /mi
n 導入して成長を行った。基板温度は1150℃、圧力220t
orr 、原料ガスの総流量は1l/min とする。ここでア
ンド−プではキャリア濃度1016cm-3の良好なGa0.85
0.15N結晶が得られる。これに、シラン(SiH4 )を
原料ガスに混入することによりSiをド−プし、キャリ
ア濃度1×1017/cm-3のn型Ga0.850.15N結晶を、
シクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2 Mg)を原
料ガスに導入することによりMgをド−プし、キャリア
濃度1×1017/cm-3p型Ga0.850.15N結晶が得られ
た。図3はこの実施例によるLEDチップ31をレンズを
兼ねた樹脂ケ−ス32に埋めこんだ状態を示す。33は内部
リ−ド、34は外部リ−ドである。この実施例によるLE
Dは、基板面を光取りだし面として樹脂ケ−スに埋め込
んで約50mcd の青色発光が確認された。
【0014】図4は、本発明の第2の実施例であるLE
Dの概略構成図である。n−6H−SiC基板41上にn
−Ga0.8 Al0.1 0.1 N層42(Siド−プ、1×10
17cm-3)が3μm形成され、その上にp−Ga0.8 Al
0.1 0.1 N層43(Mgド−プ、1×1017cm-3)が2μ
m形成されている。図中44、45は金属電極である。第1
の実施例と異なるのは、Alを添加しているという点で
あり,このことにより、GaBNより広いバンドギャッ
プが得られる。すなわち、Alを添加することによって
発光波長を青色から紫外の領域とすることができる。
【0015】第2の実施例のLEDも第1の実施例と同
様にして作成される。原料としてNH3 を1×10-3mol
/min 、Ga(C2 5 3 を8×10-6mol /min 、A
l(CH3 3 を1×10-6mol /min 、B2 6 を1×
10-7mol /min 導入して成長を行った。基板温度は1150
℃、圧力220torr 、原料ガスの総流量は1l/minとす
る。ここでアンド−プではキャリア濃度1016cm-3の良好
なGa0.8 Al0.1 0.1 N結晶が得られる。これに、
シラン(SiH4 )を原料ガスに混入することによりS
iをド−プし、キャリア濃度1×1017/cm-3のn型Ga
0.8 Al0.10.1 N結晶を、シクロペンタジエニルマ
グネシウム(Cp2 Mg)を原料ガスに導入することに
よりMgをド−プし、キャリア濃度1×1017/cm-3p型
Ga0.8 Al0.1 0.1 N結晶が得られた。第1の実施
例と同様に樹脂ケ−スに埋め込んで、約50mcd の第1の
実施例より短波長の青色発光が得られた。
【0016】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。例えば、実施例において、n型基板を
用いた例について示したが、p型基板を用いても同様に
実施できる。また、BをGaAlN中に平均的に添加し
ているが、例えばGaAlN,BNの薄膜を交互に堆積
するなど層状に添加しても良い。さらに、Ga,Alの
供給源として、Ga若しくはAlとCとの結合が2つ以
下であるものを用いたり、Nの供給源として、NがH以
外の元素と結合を持っているものを用いることも有効で
ある。またBの添加量としては、基板と略格子を整合す
る範囲であればよく、特にSiC基板上においては、G
x Al1-x-y y N(0<y≦0.2 )で添加するのが
よい。その他、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で種
々変形して実施することができる。
【0017】
【発明の効果】基板上に、Bを添加したGaAlNを成
長することにより、格子不整合により発生する転位や歪
みが飛躍的に減少し,低欠陥のGax Al1-x-y y
(0<x<1、0<y<1)層の成長が可能となり、高
輝度で短波長の半導体発光素子が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施例において作成したLE
Dの概略構成図。
【図2】 本発明の実施例において用いた成長装置の概
略構成図。
【図3】 本発明の実施例のLEDを樹脂ケ−スに埋め
込んだ図。
【図4】 本発明の第2の実施例において作成したLE
Dの概略構成図。
【図5】 本発明の作用を説明するための図。
【符号の説明】
11…n−SiC基板 12…n−GaBN 13…p−GaBN 14,15…電極 21…反応管 22…ガス導入口 23…ガス排気口 24…サセプタ 25…基板 26…高周波コイル 27…熱電対 31…LEDチップ 32…レンズを兼ねた樹脂ケ−ス 33…内部リ−ド 34…外部リ−ド 41…n−SiC基板 42…n−GaAlBN 43…p−GaAlBN 44,45…電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−275682(JP,A) 特開 平2−288371(JP,A) 特開 昭59−228776(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 33/00 H01L 21/205 H01S 5/00 - 5/50 JICSTファイル(JOIS)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 SiC基板と、 このSiC基板上に形成されたGax Al1-x-yy
    (0<x<1、0<y≦0.2)層とを具備することを
    特徴とする半導体発光素子。
  2. 【請求項2】 SiC基板上に、GaAlNを成長さ
    せながらBを添加することにより、 Gax Al1-x-y
    y N(0<x<1、0<y≦0.2)層を形成するこ
    とを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
JP2835491A 1991-02-22 1991-02-22 半導体発光素子及びその製造方法 Expired - Lifetime JP3100644B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2835491A JP3100644B2 (ja) 1991-02-22 1991-02-22 半導体発光素子及びその製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2835491A JP3100644B2 (ja) 1991-02-22 1991-02-22 半導体発光素子及びその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH04267376A JPH04267376A (ja) 1992-09-22
JP3100644B2 true JP3100644B2 (ja) 2000-10-16

Family

ID=12246273

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2835491A Expired - Lifetime JP3100644B2 (ja) 1991-02-22 1991-02-22 半導体発光素子及びその製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3100644B2 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9130068B2 (en) 2011-09-29 2015-09-08 Manutius Ip, Inc. Light emitting devices having dislocation density maintaining buffer layers

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5847414A (en) * 1995-10-30 1998-12-08 Abb Research Limited Semiconductor device having a hetero-junction between SiC and a Group 3B-nitride
SE9600199D0 (sv) * 1996-01-19 1996-01-19 Abb Research Ltd A semiconductor device with a low resistance ohmic contact between a metal layer and a SiC-layer
GB2343294A (en) * 1998-10-31 2000-05-03 Sharp Kk Lattice-matched semiconductor devices
US8395165B2 (en) 2011-07-08 2013-03-12 Bridelux, Inc. Laterally contacted blue LED with superlattice current spreading layer
US20130026480A1 (en) 2011-07-25 2013-01-31 Bridgelux, Inc. Nucleation of Aluminum Nitride on a Silicon Substrate Using an Ammonia Preflow
US8916906B2 (en) 2011-07-29 2014-12-23 Kabushiki Kaisha Toshiba Boron-containing buffer layer for growing gallium nitride on silicon
US8865565B2 (en) 2011-08-02 2014-10-21 Kabushiki Kaisha Toshiba LED having a low defect N-type layer that has grown on a silicon substrate
US9012939B2 (en) 2011-08-02 2015-04-21 Kabushiki Kaisha Toshiba N-type gallium-nitride layer having multiple conductive intervening layers
US9343641B2 (en) 2011-08-02 2016-05-17 Manutius Ip, Inc. Non-reactive barrier metal for eutectic bonding process
US9142743B2 (en) 2011-08-02 2015-09-22 Kabushiki Kaisha Toshiba High temperature gold-free wafer bonding for light emitting diodes
US20130032810A1 (en) 2011-08-03 2013-02-07 Bridgelux, Inc. Led on silicon substrate using zinc-sulfide as buffer layer
US8564010B2 (en) 2011-08-04 2013-10-22 Toshiba Techno Center Inc. Distributed current blocking structures for light emitting diodes
US8686430B2 (en) 2011-09-07 2014-04-01 Toshiba Techno Center Inc. Buffer layer for GaN-on-Si LED

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9130068B2 (en) 2011-09-29 2015-09-08 Manutius Ip, Inc. Light emitting devices having dislocation density maintaining buffer layers

Also Published As

Publication number Publication date
JPH04267376A (ja) 1992-09-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5389571A (en) Method of fabricating a gallium nitride based semiconductor device with an aluminum and nitrogen containing intermediate layer
JP3325380B2 (ja) 半導体発光素子およびその製造方法
JP3239622B2 (ja) 半導体薄膜の形成方法
JP4862442B2 (ja) Iii−v族窒化物系半導体基板の製造方法及びiii−v族窒化物系デバイスの製造方法
US5923950A (en) Method of manufacturing a semiconductor light-emitting device
KR101074178B1 (ko) Ⅲ족 질화물 화합물 반도체 발광 소자의 제조 방법, 및 ⅲ족 질화물 화합물 반도체 발광 소자, 및 램프
JP3100644B2 (ja) 半導体発光素子及びその製造方法
JPH0964477A (ja) 半導体発光素子及びその製造方法
JP2007246331A (ja) Iii−v族窒化物系半導体基板及びその製造方法
JP3243111B2 (ja) 化合物半導体素子
JPH05283744A (ja) 半導体素子
JPH07201745A (ja) 半導体ウェハ及びその製造方法
JP3603598B2 (ja) 3−5族化合物半導体の製造方法
US7303632B2 (en) Vapor assisted growth of gallium nitride
JP2965709B2 (ja) 半導体発光素子の作製方法
EP1137077A2 (en) A semiconductor device, a method for manufacturing a semiconductor device and an epitaxial growth substrate for a semiconductor device
JP3064891B2 (ja) 3−5族化合物半導体とその製造方法および発光素子
JP3174257B2 (ja) 窒化物系化合物半導体の製造方法
JP3251600B2 (ja) 有機金属成長法
JPH0992881A (ja) 化合物半導体装置
JP2003037069A (ja) Iii族窒化物系化合物半導体の製造方法
JPH05109636A (ja) 薄膜の製造方法
JPH10163523A (ja) 3−5族化合物半導体の製造方法および発光素子
JPH0529653A (ja) 半導体素子
JP3340415B2 (ja) 化合物半導体素子およびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070818

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080818

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090818

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090818

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100818

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100818

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110818

Year of fee payment: 11

EXPY Cancellation because of completion of term
FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110818

Year of fee payment: 11