JP3119200B2 - 窒化物系化合物半導体の結晶成長方法および窒化ガリウム系発光素子 - Google Patents
窒化物系化合物半導体の結晶成長方法および窒化ガリウム系発光素子Info
- Publication number
- JP3119200B2 JP3119200B2 JP15076197A JP15076197A JP3119200B2 JP 3119200 B2 JP3119200 B2 JP 3119200B2 JP 15076197 A JP15076197 A JP 15076197A JP 15076197 A JP15076197 A JP 15076197A JP 3119200 B2 JP3119200 B2 JP 3119200B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- plane
- layer
- gallium nitride
- nitride
- sapphire substrate
- 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 - Fee Related
Links
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Led Devices (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化ガリウムまた
は窒化インジウムまたは窒化アルミニウムまたはそれら
の混晶（以下単に窒化物系化合物半導体）の結晶成長方
法に関する及び、窒化ガリウム系化合物半導体の層を少
なくとも１層含む発光素子（以下単に窒化ガリウム系発
光素子）に関し、特に、発振しきい値キャリア密度の低
いレーザおよび発光効率の良い発光ダイオードに関す
る。
は窒化インジウムまたは窒化アルミニウムまたはそれら
の混晶（以下単に窒化物系化合物半導体）の結晶成長方
法に関する及び、窒化ガリウム系化合物半導体の層を少
なくとも１層含む発光素子（以下単に窒化ガリウム系発
光素子）に関し、特に、発振しきい値キャリア密度の低
いレーザおよび発光効率の良い発光ダイオードに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】窒化ガリウムは、燐化インジウムや砒化
ガリウムといった従来の一般的な化合物半導体に比べ、
禁制帯エネルギーが大きい。そのため、窒化ガリウム系
化合物半導体は緑から紫外にかけての発光素子への応用
が期待されている。
ガリウムといった従来の一般的な化合物半導体に比べ、
禁制帯エネルギーが大きい。そのため、窒化ガリウム系
化合物半導体は緑から紫外にかけての発光素子への応用
が期待されている。
【０００３】従来、代表的な窒化ガリウム系化合物半導
体は、一般に、有機金属化学気相成長法により、（１１
−２０）面（以下Ａ面）または（０００１）面（以下Ｃ
面）を表面とするサファイア基板上に形成されていた。
体は、一般に、有機金属化学気相成長法により、（１１
−２０）面（以下Ａ面）または（０００１）面（以下Ｃ
面）を表面とするサファイア基板上に形成されていた。
【０００４】窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化イ
ンジウム、サファイアの常温付近での〔１０００〕軸
（以下ａ軸）格子定数はそれぞれａGaN ＝３．１８９２
Å、ａAlN ＝３．１１Å、ａInN ＝３．５４Å、ａsap
＝４．７５８Åである。窒化ガリウム、窒化アルミニウ
ム、窒化インジウム、サファイアの常温付近でのａ軸方
向の熱膨張係数はそれぞれΔａGaN ／ａGaN ＝５．５９
×１０-6Ｋ-1、ΔａAlN／ａAlN ＝４．４９×１０-6Ｋ
-1、ΔａInN ／ａInN ＝３．７５×１０-6Ｋ-1、Δａ
sap ／ａsap ＝７．５×１０-6Ｋ-1である。窒化ガリウ
ム、窒化アルミニウム、窒化インジウム、サファイアの
常温付近での〔０００１〕軸（以下ｃ軸）方向の熱膨張
係数はそれぞれΔｃGaN ／ｃGaN ＝３．１７×１０-6Ｋ
-1、ΔｃAlN／ｃAlN ＝１．９２×１０-6Ｋ-1、Δｃ
InN ／ｃInN ＝２．８５×１０-6Ｋ-1、Δｃsap ／ｃ
sap ＝８．５×１０-6Ｋ-1である。
ンジウム、サファイアの常温付近での〔１０００〕軸
（以下ａ軸）格子定数はそれぞれａGaN ＝３．１８９２
Å、ａAlN ＝３．１１Å、ａInN ＝３．５４Å、ａsap
＝４．７５８Åである。窒化ガリウム、窒化アルミニウ
ム、窒化インジウム、サファイアの常温付近でのａ軸方
向の熱膨張係数はそれぞれΔａGaN ／ａGaN ＝５．５９
×１０-6Ｋ-1、ΔａAlN／ａAlN ＝４．４９×１０-6Ｋ
-1、ΔａInN ／ａInN ＝３．７５×１０-6Ｋ-1、Δａ
sap ／ａsap ＝７．５×１０-6Ｋ-1である。窒化ガリウ
ム、窒化アルミニウム、窒化インジウム、サファイアの
常温付近での〔０００１〕軸（以下ｃ軸）方向の熱膨張
係数はそれぞれΔｃGaN ／ｃGaN ＝３．１７×１０-6Ｋ
-1、ΔｃAlN／ｃAlN ＝１．９２×１０-6Ｋ-1、Δｃ
InN ／ｃInN ＝２．８５×１０-6Ｋ-1、Δｃsap ／ｃ
sap ＝８．５×１０-6Ｋ-1である。
【０００５】図２は、このような従来技術の結晶成長方
法によりＣ面サファイア基板上に形成された代表的な窒
化ガリウム系半導体レーザ（以下単に窒化ガリウム系レ
ーザ）の概略断面図である（Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ ｅ
ｔ ａｌ．，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３５
（１９９６）Ｌ７４）。
法によりＣ面サファイア基板上に形成された代表的な窒
化ガリウム系半導体レーザ（以下単に窒化ガリウム系レ
ーザ）の概略断面図である（Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ ｅ
ｔ ａｌ．，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３５
（１９９６）Ｌ７４）。
【０００６】図２に於いて、この窒化ガリウム系レーザ
は、Ｃ面を表面とするサファイア基板２０１上に、厚さ
３００Åのアンドープの窒化ガリウム低温成長バッファ
層１０２、珪素が添加された厚さ３μｍのｎ型窒化ガリ
ウムコンタクト層１０３、珪素が添加された厚さ０．１
μｍのｎ型Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層１０４、珪素が添加さ
れた厚さ０．４μｍのｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド
層１０５、珪素が添加された厚さ０．１μｍのｎ型窒化
ガリウム光ガイド層１０６、厚さ２５Åのアンドープの
Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ量子井戸層と厚さ５０Åのアンドー
プのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層からなる２６周期の多重
量子井戸構造活性層１０７、マグネシウムが添加された
厚さ２００Åのｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ層１０８、マグ
ネシウムが添加された厚さ０．１μｍのｐ型窒化ガリウ
ム光ガイド層１０９、マグネシウムが添加された厚さ
０．４μｍのｐ型１ｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層１１
０、マグネシウムが添加された厚さ０．５μｍのｐ型窒
化ガリウムコンタクト層１１１、ニッケル（第１層）お
よび金（第２層）からなるｐ電極１１２、チタン（第１
層）およびアルミニウム（第２層）からなるｎ電極１１
３が形成されている。半導体結晶層１０２、１０３、１
０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１
０、１１１の形成は有機金属化学気相成長法により行わ
れた。
は、Ｃ面を表面とするサファイア基板２０１上に、厚さ
３００Åのアンドープの窒化ガリウム低温成長バッファ
層１０２、珪素が添加された厚さ３μｍのｎ型窒化ガリ
ウムコンタクト層１０３、珪素が添加された厚さ０．１
μｍのｎ型Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層１０４、珪素が添加さ
れた厚さ０．４μｍのｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド
層１０５、珪素が添加された厚さ０．１μｍのｎ型窒化
ガリウム光ガイド層１０６、厚さ２５Åのアンドープの
Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ量子井戸層と厚さ５０Åのアンドー
プのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層からなる２６周期の多重
量子井戸構造活性層１０７、マグネシウムが添加された
厚さ２００Åのｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ層１０８、マグ
ネシウムが添加された厚さ０．１μｍのｐ型窒化ガリウ
ム光ガイド層１０９、マグネシウムが添加された厚さ
０．４μｍのｐ型１ｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層１１
０、マグネシウムが添加された厚さ０．５μｍのｐ型窒
化ガリウムコンタクト層１１１、ニッケル（第１層）お
よび金（第２層）からなるｐ電極１１２、チタン（第１
層）およびアルミニウム（第２層）からなるｎ電極１１
３が形成されている。半導体結晶層１０２、１０３、１
０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１
０、１１１の形成は有機金属化学気相成長法により行わ
れた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】図２に示されたよう
な、従来技術によりＣ面サファイア基板上に形成された
窒化ガリウム系レーザに於いては、窒化ガリウム系化合
物半導体層１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、
１０８、１０９、１１０、１１１はＣ面を表面とする六
方晶となる。この窒化ガリウム系化合物半導体層には、
サファイア基板との間に存在する大きな格子定数差や熱
膨張係数差のため、歪が加わっているが、その歪は窒化
ガリウム系化合物半導体層のＣ面内に等方的なものとな
る。
な、従来技術によりＣ面サファイア基板上に形成された
窒化ガリウム系レーザに於いては、窒化ガリウム系化合
物半導体層１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、
１０８、１０９、１１０、１１１はＣ面を表面とする六
方晶となる。この窒化ガリウム系化合物半導体層には、
サファイア基板との間に存在する大きな格子定数差や熱
膨張係数差のため、歪が加わっているが、その歪は窒化
ガリウム系化合物半導体層のＣ面内に等方的なものとな
る。
【０００８】例えば燐化インジウムや砒化ガリウム系の
III−Ｖ族化合物半導体に於いては、（１００）面内に
等方的な歪を加えた場合、価電子帯状態密度が減少する
が、窒化ガリウム系化合物半導体に於いては、Ｃ面内に
等方的な歪が加わった場合、価電子帯状態密度が殆ど減
少しない（堂免ら、１９９６年（平成８年）春季第４３
回応用物理学関係連合講演会講演予稿集２９ａ−ＺＢ−
１０）。したがって従来のようにＣ面サファイア基板上
に窒化ガリウム系レーザを形成した場合、発振しきい値
キャリア密度が大きいという問題があった。
III−Ｖ族化合物半導体に於いては、（１００）面内に
等方的な歪を加えた場合、価電子帯状態密度が減少する
が、窒化ガリウム系化合物半導体に於いては、Ｃ面内に
等方的な歪が加わった場合、価電子帯状態密度が殆ど減
少しない（堂免ら、１９９６年（平成８年）春季第４３
回応用物理学関係連合講演会講演予稿集２９ａ−ＺＢ−
１０）。したがって従来のようにＣ面サファイア基板上
に窒化ガリウム系レーザを形成した場合、発振しきい値
キャリア密度が大きいという問題があった。
【０００９】またＣ面サファイア基板の他にはＲ面サフ
ァイア基板上に窒化ガリウムを形成した例が存在するが
（例えば、分子線エピタキシー法ではＣ．Ｒ．Ｅｄｄ
ｙ，Ｊｒ．ｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．７
３（１９９３）４４８、塩化物気相成長法ではＭ．Ｓａ
ｎｏ ｅｔ ａｌ．，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．１５（１９７６）１９４３など）、いずれも、窒化
ガリウム層の結晶性が非常に悪く、その膜質は発光素子
の半導体層に用いることが出来るものではなかった。
ァイア基板上に窒化ガリウムを形成した例が存在するが
（例えば、分子線エピタキシー法ではＣ．Ｒ．Ｅｄｄ
ｙ，Ｊｒ．ｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．７
３（１９９３）４４８、塩化物気相成長法ではＭ．Ｓａ
ｎｏ ｅｔ ａｌ．，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．１５（１９７６）１９４３など）、いずれも、窒化
ガリウム層の結晶性が非常に悪く、その膜質は発光素子
の半導体層に用いることが出来るものではなかった。
【００１０】さらにＭ面サファイア基板上にＧａＮの
（１−１０３）面を表面とする六方晶を形成するという
発明が松岡等により特開平２−２１１６２０号公報で開
示されているが、（１−１０３）面を表面とするＧａＮ
は不安定でありＲ面サファイア基板と同様に素子への適
用は不可能であった。
（１−１０３）面を表面とする六方晶を形成するという
発明が松岡等により特開平２−２１１６２０号公報で開
示されているが、（１−１０３）面を表面とするＧａＮ
は不安定でありＲ面サファイア基板と同様に素子への適
用は不可能であった。
【００１１】本発明の目的は、結晶性がよく、窒化ガリ
ウム系化合物半導体のＣ面内に非等方的な歪を加えるこ
との出来る結晶成長方法を提供し、発振しきい値キャリ
ア密度の低い窒化ガリウム系レーザおよび発光効率の良
い窒化ガリウム系発光ダイオードを実現することであ
る。
ウム系化合物半導体のＣ面内に非等方的な歪を加えるこ
との出来る結晶成長方法を提供し、発振しきい値キャリ
ア密度の低い窒化ガリウム系レーザおよび発光効率の良
い窒化ガリウム系発光ダイオードを実現することであ
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の窒化物系半導体
の結晶成長方法は、（０１−１０）面または（０１−１
０）面からの傾斜角が５°以内である面を表面とするサ
ファイア基板上に、（１１−２２）面または（１１−２
２）面からの傾斜角が５°以内である面を表面とするＩ
ｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、
０≦ｘ＋ｙ≦１）を形成する工程とを含むことを特徴と
する。
の結晶成長方法は、（０１−１０）面または（０１−１
０）面からの傾斜角が５°以内である面を表面とするサ
ファイア基板上に、（１１−２２）面または（１１−２
２）面からの傾斜角が５°以内である面を表面とするＩ
ｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、
０≦ｘ＋ｙ≦１）を形成する工程とを含むことを特徴と
する。
【００１３】また必要に応じてサファイア基板上に、基
板温度４００℃以上７００℃以下でＡｌx Ｇａ1-x Ｎ低
温バッファ層（０≦ｘ≦１）を形成する工程を入れても
良い。半導体層は有機金属化学気相成長法によって成長
させることを特徴とする。
板温度４００℃以上７００℃以下でＡｌx Ｇａ1-x Ｎ低
温バッファ層（０≦ｘ≦１）を形成する工程を入れても
良い。半導体層は有機金属化学気相成長法によって成長
させることを特徴とする。
【００１４】本発明の窒化ガリウム系発光素子は、（０
１−１０）面または（０１−１０）面からの傾斜角が５
°以内である面を表面とするサファイア基板上に、（１
１−２２）面または（１１−２２）面からの傾斜角が５
°以内である面を表面とするＩｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ
層（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表さ
れる多層構造とを少なくとも有することを特徴とする。
また必要に応じてサファイア基板上に、Ａｌx Ｇａ1-x
Ｎ低温バッファ層（０≦ｘ≦１）を設けても良い。
１−１０）面または（０１−１０）面からの傾斜角が５
°以内である面を表面とするサファイア基板上に、（１
１−２２）面または（１１−２２）面からの傾斜角が５
°以内である面を表面とするＩｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ
層（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表さ
れる多層構造とを少なくとも有することを特徴とする。
また必要に応じてサファイア基板上に、Ａｌx Ｇａ1-x
Ｎ低温バッファ層（０≦ｘ≦１）を設けても良い。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、実
施例に基づき図面を参照して詳しく説明する。
施例に基づき図面を参照して詳しく説明する。
【００１６】図１は本発明の実施例を示す窒化ガリウム
系レーザの概略断面図である。本実施例ではＭ面（（０
１−１０）面）サファイア基板上に、（１１−２２）面
を表面とする窒化ガリウム系化合物半導体層を成長して
窒化ガリウム系レーザ構造を形成した。
系レーザの概略断面図である。本実施例ではＭ面（（０
１−１０）面）サファイア基板上に、（１１−２２）面
を表面とする窒化ガリウム系化合物半導体層を成長して
窒化ガリウム系レーザ構造を形成した。
【００１７】以下に本実施例における窒化ガリウム系レ
ーザ構造の詳細について説明する。図１に於いて、窒化
ガリウム系レーザは、Ｍ面を表面とするサファイア基板
１０１上に、厚さ３００Åのアンドープの窒化ガリウム
低温成長バッファ層１０２、珪素が添加された厚さ３μ
ｍのｎ型窒化ガリウムコンタクト層１０３、珪素が添加
された厚さ０．１μｍのｎ型Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層１０
４、珪素が添加された厚さ０．４μｍのｎ型Ａｌ0.15Ｇ
ａ0.85Ｎクラッド層１０５、珪素が添加された厚さ０．
１μｍのｎ型窒化ガリウム光ガイド層１０６、厚さ２５
ÅのアンドープのＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ量子井戸層と厚さ
５０ÅのアンドープのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層からな
る２６周期の多重量子井戸構造活性層１０７、マグネシ
ウムが添加された厚さ２００Åのｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8
Ｎ層１０８、マグネシウムが添加された厚さ０．１μｍ
のｐ型窒化ガリウム光ガイド層１０９、マグネシウムが
添加された厚さ０．４μｍのｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎク
ラッド層１１０、マグネシウムが添加された厚さ０．５
μｍのｐ型窒化ガリウムコンタクト層１１１、ニッケル
（第１層）および金（第２層）からなるｐ電極１１２、
チタン（第１層）およびアルミニウム（第２層）からな
るｎ電極１１３が形成されている。実施例の窒化ガリウ
ム系レーザに於いては、窒化ガリウム系化合物半導体層
１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１
０９、１１０、１１１は、（１１−２２）面を表面とす
る六方晶となっている。
ーザ構造の詳細について説明する。図１に於いて、窒化
ガリウム系レーザは、Ｍ面を表面とするサファイア基板
１０１上に、厚さ３００Åのアンドープの窒化ガリウム
低温成長バッファ層１０２、珪素が添加された厚さ３μ
ｍのｎ型窒化ガリウムコンタクト層１０３、珪素が添加
された厚さ０．１μｍのｎ型Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層１０
４、珪素が添加された厚さ０．４μｍのｎ型Ａｌ0.15Ｇ
ａ0.85Ｎクラッド層１０５、珪素が添加された厚さ０．
１μｍのｎ型窒化ガリウム光ガイド層１０６、厚さ２５
ÅのアンドープのＩｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ量子井戸層と厚さ
５０ÅのアンドープのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層からな
る２６周期の多重量子井戸構造活性層１０７、マグネシ
ウムが添加された厚さ２００Åのｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8
Ｎ層１０８、マグネシウムが添加された厚さ０．１μｍ
のｐ型窒化ガリウム光ガイド層１０９、マグネシウムが
添加された厚さ０．４μｍのｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎク
ラッド層１１０、マグネシウムが添加された厚さ０．５
μｍのｐ型窒化ガリウムコンタクト層１１１、ニッケル
（第１層）および金（第２層）からなるｐ電極１１２、
チタン（第１層）およびアルミニウム（第２層）からな
るｎ電極１１３が形成されている。実施例の窒化ガリウ
ム系レーザに於いては、窒化ガリウム系化合物半導体層
１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１
０９、１１０、１１１は、（１１−２２）面を表面とす
る六方晶となっている。
【００１８】次に実施例の成長条件について説明する。
減圧ＭＯＶＰＥ装置を用いてＧａＮ低温バッファ層とＧ
ａＮエピタキシャル層を成長する二段階成長法を用いて
素子を作成した。本実施例では成長圧力を１００Ｔｏｒ
ｒ、III 族原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、
Ｖ族原料としてアンモニア（ＮＨ3 ）を用いＴＭＧ供給
量を５７．８ｍｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ3 供給量を０．１
７９ｍｏｌ／ｍｉｎ、Ｖ／III 比を３０９７で、Ｍ面を
表面とするサファイア基板上にＧａＮ低温バッファ層の
成長温度を４５０℃、ＧａＮエピタキシャル層の成長温
度を１０５０℃として成長した。実施例ではＭ面サファ
イア基板上に発光素子に用いることが出来る結晶性を得
ることができた。
減圧ＭＯＶＰＥ装置を用いてＧａＮ低温バッファ層とＧ
ａＮエピタキシャル層を成長する二段階成長法を用いて
素子を作成した。本実施例では成長圧力を１００Ｔｏｒ
ｒ、III 族原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、
Ｖ族原料としてアンモニア（ＮＨ3 ）を用いＴＭＧ供給
量を５７．８ｍｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ3 供給量を０．１
７９ｍｏｌ／ｍｉｎ、Ｖ／III 比を３０９７で、Ｍ面を
表面とするサファイア基板上にＧａＮ低温バッファ層の
成長温度を４５０℃、ＧａＮエピタキシャル層の成長温
度を１０５０℃として成長した。実施例ではＭ面サファ
イア基板上に発光素子に用いることが出来る結晶性を得
ることができた。
【００１９】本実施例では、サファイア基板との間に存
在する大きな格子定数差や熱膨張係数差のため、形成さ
れた窒化ガリウム系化合物半導体層に歪が加わっている
が、その歪は窒化ガリウム系化合物半導体層のＣ面内に
非等方的なものとなっており、価電子帯状態密度が減少
する。したがってＭ面サファイア基板上に（１１−２
２）面を表面とする窒化ガリウム系化合物半導体層を形
成した実施例の窒化ガリウム系レーザは、従来のＣ面サ
ファイア基板上に形成した窒化ガリウム系レーザに比
べ、発振しきい値キャリア密度が小さくすることができ
る。
在する大きな格子定数差や熱膨張係数差のため、形成さ
れた窒化ガリウム系化合物半導体層に歪が加わっている
が、その歪は窒化ガリウム系化合物半導体層のＣ面内に
非等方的なものとなっており、価電子帯状態密度が減少
する。したがってＭ面サファイア基板上に（１１−２
２）面を表面とする窒化ガリウム系化合物半導体層を形
成した実施例の窒化ガリウム系レーザは、従来のＣ面サ
ファイア基板上に形成した窒化ガリウム系レーザに比
べ、発振しきい値キャリア密度が小さくすることができ
る。
【００２０】本発明の結晶成長方法は、上述した実施例
に示される層構造に於いてのみ有効であるという訳では
なく、あらゆる層構造の窒化ガリウム系化合物半導体の
結晶成長方法に於いても有効である。
に示される層構造に於いてのみ有効であるという訳では
なく、あらゆる層構造の窒化ガリウム系化合物半導体の
結晶成長方法に於いても有効である。
【００２１】また本発明に於けるサファイア基板の表面
面方位に関しては、実施例に示されたように厳密にＭ面
である必要はなく、またＭ面に対し５°以内の傾斜なら
ば発明の効果に影響はない。また窒化ガリウム系化合物
半導体の組成は必要に応じてＩｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ
（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の範囲で
変化させてもよい。
面方位に関しては、実施例に示されたように厳密にＭ面
である必要はなく、またＭ面に対し５°以内の傾斜なら
ば発明の効果に影響はない。また窒化ガリウム系化合物
半導体の組成は必要に応じてＩｎx Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ
（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の範囲で
変化させてもよい。
【００２２】さらに本発明の窒化ガリウム系発光素子
は、上述した実施例に示されるレーザ構造に於いてのみ
有効であるという訳ではなく、あらゆる構造の窒化ガリ
ウム系レーザに於いて有効である。
は、上述した実施例に示されるレーザ構造に於いてのみ
有効であるという訳ではなく、あらゆる構造の窒化ガリ
ウム系レーザに於いて有効である。
【００２３】本実施例では窒化ガリウム系レーザについ
て説明したが、これに限られるというものではなく、価
電子帯状態密度が減少することで発光効率の改善が見込
まれる発光ダイオードに於いても有効であることはいう
までもない。
て説明したが、これに限られるというものではなく、価
電子帯状態密度が減少することで発光効率の改善が見込
まれる発光ダイオードに於いても有効であることはいう
までもない。
【００２４】
【発明の効果】本発明の結晶成長方法では、結晶性よく
窒化ガリウム系化合物半導体のＣ面内に非等方的な歪を
加えることができ、これにより発振しきい値キャリア密
度の低い窒化ガリウム系レーザおよび発光効率の良い窒
化ガリウム系発光ダイオードを実現することができる。
窒化ガリウム系化合物半導体のＣ面内に非等方的な歪を
加えることができ、これにより発振しきい値キャリア密
度の低い窒化ガリウム系レーザおよび発光効率の良い窒
化ガリウム系発光ダイオードを実現することができる。
【図１】本発明の実施例１を示す図であり、Ｍ面サファ
イア基板上に形成された、（１１−２２）面を表面とす
る窒化ガリウム系レーザの概略断面図である。
イア基板上に形成された、（１１−２２）面を表面とす
る窒化ガリウム系レーザの概略断面図である。
【図２】従来技術を示すであり、Ａ面サファイア基板上
に形成された、Ａ面を表面とする窒化ガリウム系レーザ
の概略断面図である。
に形成された、Ａ面を表面とする窒化ガリウム系レーザ
の概略断面図である。
１０１ Ｍ面サファイア基板 １０２ 窒化ガリウム低温成長バッファ層 １０３ ｎ型ＧａＮコンタクト層 １０４ ｎ型Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層 １０５ ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層 １０６ ｎ型窒化ガリウム光ガイド層 １０７ Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ／Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ多
重量子井戸活性層 １０８ ｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ層 １０９ ｐ型窒化ガリウム光ガイド層 １１０ ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層 １１１ ｐ型Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎコンタクト層 １１２ ニッケルおよび金からなるｐ電極 １１３ チタンおよびアルミニウムからなるｎ電極 ２０１ Ａ面サファイア基板
重量子井戸活性層 １０８ ｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ層 １０９ ｐ型窒化ガリウム光ガイド層 １１０ ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層 １１１ ｐ型Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎコンタクト層 １１２ ニッケルおよび金からなるｐ電極 １１３ チタンおよびアルミニウムからなるｎ電極 ２０１ Ａ面サファイア基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 仁道 正明 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気 株式会社内 (56)参考文献 特開 平８−255932（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−335750（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−275243（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−173232（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−135576（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−213692（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−116225（ＪＰ，Ａ) 1997年（平成９年）春季第44回応用物 理学関係連合講演会予稿集 第３分冊 28ｐ−Ｄ−２ ｐ．180 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 33/00 H01S 5/00 - 5/50
Claims (5)
- 【請求項１】 （０１−１０）面または（０１−１０）
面からの傾斜角が５°以内である面を表面とするサファ
イア基板上に、（１１−２２）面または（１１−２２）
面からの傾斜角が５°以内である面を表面とするＩｎx
Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦
ｘ＋ｙ≦１）を形成する工程とを含むことを特徴とする
窒化物系化合物半導体の結晶成長方法。 - 【請求項２】 （０１−１０）面または（０１−１０）
面からの傾斜角が５°以内である面を表面とするサファ
イア基板上に、基板温度４００℃以上７００℃以下でＡ
ｌx Ｇａ1-x Ｎ低温バッファ層（０≦ｘ≦１）を形成す
る工程と、（１１−２２）面または（１１−２２）面か
らの傾斜角が５°以内である面を表面とするＩｎx Ａｌ
y Ｇａ1-x-y Ｎ層（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋
ｙ≦１）を形成する工程とを有することを特徴とする窒
化物系化合物半導体の結晶成長方法。 - 【請求項３】 有機金属化学気相成長法によって半導体
層を成長させることを特徴とする請求項１又は２記載の
窒化物系化合物半導体の結晶成長方法。 - 【請求項４】 （０１−１０）面または（０１−１０）
面からの傾斜角が５°以内である面を表面とするサファ
イア基板上に、（１１−２２）面または（１１−２２）
面からの傾斜角が５°以内である面を表面とするＩｎx
Ａｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦
ｘ＋ｙ≦１）で表される多層構造とを少なくとも有する
ことを特徴とする窒化ガリウム系発光素子。 - 【請求項５】 （０１−１０）面または（０１−１０）
面からの傾斜角が５°以内である面を表面とするサファ
イア基板上に、Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ低温バッファ層（０≦
ｘ≦１）と、（１１−２２）面または（１１−２２）面
からの傾斜角が５°以内である面を表面とするＩｎx Ａ
ｌy Ｇａ1-x-y Ｎ層（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ
＋ｙ≦１）で表される多層構造とを少なくとも有するこ
とを特徴とする窒化ガリウム系発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15076197A JP3119200B2 (ja) | 1997-06-09 | 1997-06-09 | 窒化物系化合物半導体の結晶成長方法および窒化ガリウム系発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15076197A JP3119200B2 (ja) | 1997-06-09 | 1997-06-09 | 窒化物系化合物半導体の結晶成長方法および窒化ガリウム系発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10341060A JPH10341060A (ja) | 1998-12-22 |
| JP3119200B2 true JP3119200B2 (ja) | 2000-12-18 |
Family
ID=15503846
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15076197A Expired - Fee Related JP3119200B2 (ja) | 1997-06-09 | 1997-06-09 | 窒化物系化合物半導体の結晶成長方法および窒化ガリウム系発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3119200B2 (ja) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4562000B2 (ja) * | 2001-04-12 | 2010-10-13 | 住友電気工業株式会社 | 窒化ガリウム結晶への酸素ドーピング方法と酸素ドープされたｎ型窒化ガリウム単結晶基板 |
| US6773504B2 (en) * | 2001-04-12 | 2004-08-10 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Oxygen doping method to gallium nitride single crystal substrate and oxygen-doped N-type gallium nitride freestanding single crystal substrate |
| JP4562001B2 (ja) * | 2001-04-12 | 2010-10-13 | 住友電気工業株式会社 | 窒化ガリウム単結晶基板ならびにその製造方法 |
| JP3826825B2 (ja) * | 2001-04-12 | 2006-09-27 | 住友電気工業株式会社 | 窒化ガリウム結晶への酸素ドーピング方法と酸素ドープされたｎ型窒化ガリウム単結晶基板 |
| JP4296017B2 (ja) * | 2003-03-26 | 2009-07-15 | シャープ株式会社 | 半導体レーザ装置およびその製造方法および光ディスク装置 |
| CN101845670A (zh) * | 2005-03-10 | 2010-09-29 | 加利福尼亚大学董事会 | 用于生长平坦半极性氮化镓的技术 |
| JP5743127B2 (ja) * | 2005-06-01 | 2015-07-01 | ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア | 半極性（Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ，Ｂ）Ｎ薄膜、ヘテロ構造およびデバイスの成長と作製のための方法及び装置 |
| KR101347848B1 (ko) * | 2005-09-09 | 2014-01-06 | 재팬 사이언스 앤드 테크놀로지 에이젼시 | 유기금속 화학기상증착법을 통한 반극성（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｂ）Ｎ의 성장강화방법 |
| KR20080098039A (ko) | 2006-01-20 | 2008-11-06 | 더 리전츠 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아 | 금속유기 화학 기상 증착을 통한 준극성 (Ａｌ,Ｉｎ,Ｇａ,Ｂ)Ｎ의 성장을 향상시키기 위한 방법 |
| KR101510461B1 (ko) * | 2006-01-20 | 2015-04-08 | 더 리전츠 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아 | 반극성 (Ａｌ,Ｉｎ,Ｇａ,Ｂ)Ｎ의 개선된 성장 방법 |
| JP4462289B2 (ja) * | 2007-05-18 | 2010-05-12 | ソニー株式会社 | 半導体層の成長方法および半導体発光素子の製造方法 |
| JP2009130364A (ja) | 2007-11-23 | 2009-06-11 | Samsung Electro-Mechanics Co Ltd | 窒化物半導体発光素子及びその製造方法 |
| JP4924681B2 (ja) | 2009-09-10 | 2012-04-25 | 住友電気工業株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物半導体レーザ素子、及びｉｉｉ族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法 |
-
1997
- 1997-06-09 JP JP15076197A patent/JP3119200B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| １９９７年（平成９年）春季第４４回応用物理学関係連合講演会予稿集 第３分冊 ２８ｐ−Ｄ−２ ｐ．１８０ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10341060A (ja) | 1998-12-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3180743B2 (ja) | 窒化化合物半導体発光素子およびその製法 | |
| US6849472B2 (en) | Nitride semiconductor device with reduced polarization fields | |
| US6680959B2 (en) | Semiconductor light emitting device and semiconductor laser | |
| US6920166B2 (en) | Thin film deposition method of nitride semiconductor and nitride semiconductor light emitting device | |
| US6858877B2 (en) | Nitride semiconductor, method for manufacturing the same and nitride semiconductor device | |
| JP4743214B2 (ja) | 半導体素子およびその製造方法 | |
| US6593159B1 (en) | Semiconductor substrate, semiconductor device and method of manufacturing the same | |
| JP3153153B2 (ja) | 窒化ガリウム系半導体レーザおよびその製造方法 | |
| US20050037526A1 (en) | Nitride semiconductor substrate production method thereof and semiconductor optical device using the same | |
| JP2002217115A (ja) | 結晶膜、結晶基板および半導体装置 | |
| US6362515B2 (en) | GaN substrate including wide low-defect region for use in semiconductor element | |
| JP2900990B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
| JP3119200B2 (ja) | 窒化物系化合物半導体の結晶成長方法および窒化ガリウム系発光素子 | |
| US5850410A (en) | Semiconductor laser and method for fabricating the same | |
| JP3460581B2 (ja) | 窒化物半導体の成長方法及び窒化物半導体素子 | |
| JP2830814B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体の結晶成長方法、及び半導体レーザの製造方法 | |
| KR20020050174A (ko) | 반도체의 제조방법, 반도체기판의 제조방법 및 반도체발광소자 | |
| JP2002145700A (ja) | サファイア基板および半導体素子ならびに電子部品および結晶成長方法 | |
| JP3395631B2 (ja) | 窒化物半導体素子及び窒化物半導体素子の製造方法 | |
| JP3252779B2 (ja) | 半導体発光素子及び半導体発光装置 | |
| EP1873880A1 (en) | Process for producing gallium nitride-based compound semiconductor laser element and gallium nitride-based compound semiconductor laser element | |
| JP3147821B2 (ja) | 窒化物系化合物半導体およびその結晶成長方法および窒化ガリウム系発光素子 | |
| JP4631214B2 (ja) | 窒化物半導体膜の製造方法 | |
| JPH11224972A (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
| JP3235440B2 (ja) | 窒化物半導体レーザ素子とその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20000912 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071013 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081013 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091013 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091013 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101013 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111013 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121013 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131013 Year of fee payment: 13 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |