JP3147821B2 - 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 - Google Patents
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Info
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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
法に関し、特に、サファイア基板上に基板とへき開面が
一致する窒化ガリウム系化合物半導体層とこれを形成す
るための結晶成長方法に関する。また本発明は、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、
へき開によって鏡面を形成することの出来る窒化ガリウ
ム系発光素子に関する。
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
法に関し、特に、サファイア基板上に基板とへき開面が
一致する窒化ガリウム系化合物半導体層とこれを形成す
るための結晶成長方法に関する。また本発明は、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、
へき開によって鏡面を形成することの出来る窒化ガリウ
ム系発光素子に関する。
【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、
禁制帯幅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、特に
半導体レーザ（以下単にレーザ）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、
禁制帯幅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、特に
半導体レーザ（以下単にレーザ）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
体である窒化ガリウムは、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（０
００１）面（以下Ｃ面）を表面とするサファイア基板上
に、温度５００℃程度で窒化ガリウム低温成長バッファ
層を形成した後に、または温度６００℃程度で窒化アル
ミニウム低温成長バッファ層を形成した後に、温度１０
００℃程度で窒化ガリウム高温成長エピタキシャル層を
形成するという、二段階成長法が用いられていた。窒化
ガリウムまたは窒化アルミニウムの低温成長バッファ層
は、窒化ガリウムとサファイア基板の間に存在する大き
な格子定数差および熱膨張係数差を吸収するために形成
されている。
体である窒化ガリウムは、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（０
００１）面（以下Ｃ面）を表面とするサファイア基板上
に、温度５００℃程度で窒化ガリウム低温成長バッファ
層を形成した後に、または温度６００℃程度で窒化アル
ミニウム低温成長バッファ層を形成した後に、温度１０
００℃程度で窒化ガリウム高温成長エピタキシャル層を
形成するという、二段階成長法が用いられていた。窒化
ガリウムまたは窒化アルミニウムの低温成長バッファ層
は、窒化ガリウムとサファイア基板の間に存在する大き
な格子定数差および熱膨張係数差を吸収するために形成
されている。
【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
＝４．７８５Åであり、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、Δａsap ／ａsap ＝７．５×１
０-6Ｋ-1である。また窒化ガリウム、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〔００
０１〕軸（以下ｃ軸）方向の熱膨張係数はそれぞれΔｃ
GaN ／ｃGaN ＝３．１７×１０-6Ｋ-1、ΔｃAlN ／ｃ
AlN ＝１．９２×１０-6Ｋ-1、ΔｃInN ／ｃInN ＝２．
８５×１０-6Ｋ-1、Δｃsap ／ｃsap ＝８．５×１０-6
Ｋ-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
＝４．７８５Åであり、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、Δａsap ／ａsap ＝７．５×１
０-6Ｋ-1である。また窒化ガリウム、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〔００
０１〕軸（以下ｃ軸）方向の熱膨張係数はそれぞれΔｃ
GaN ／ｃGaN ＝３．１７×１０-6Ｋ-1、ΔｃAlN ／ｃ
AlN ＝１．９２×１０-6Ｋ-1、ΔｃInN ／ｃInN ＝２．
８５×１０-6Ｋ-1、Δｃsap ／ｃsap ＝８．５×１０-6
Ｋ-1である。
【０００５】図５は、上記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
窒化ガリウム系レーザの概略断面図である（Ｓ．Ｎａｋ
ａｍｕｒａ ｅｔ ａｌ．，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐ
ｈｙｓ．３５（１９９６）Ｌ７４）。
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
窒化ガリウム系レーザの概略断面図である（Ｓ．Ｎａｋ
ａｍｕｒａ ｅｔ ａｌ．，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐ
ｈｙｓ．３５（１９９６）Ｌ７４）。
【０００６】図５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１０１上に、成長
温度５５０℃の厚さ３００Åのアンドープの窒化ガリウ
ム低温成長バッファ層５０２、珪素が添加された厚さ３
μｍ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１
０４、珪素が添加された厚さ０．４μｍのｎ型Ａｌ0.15
Ｇａ0.85Ｎ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 Ｇａ
0.8 Ｎ層１０８、マグネシウムが添加された厚さ０．１
μｍ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１ｌ0.15Ｇａ0.85
Ｎクラッド層１１０、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１
１２、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。半導体結晶層
５０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１
０８、１０９、１１０、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１０１上に、成長
温度５５０℃の厚さ３００Åのアンドープの窒化ガリウ
ム低温成長バッファ層５０２、珪素が添加された厚さ３
μｍ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１
０４、珪素が添加された厚さ０．４μｍのｎ型Ａｌ0.15
Ｇａ0.85Ｎ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 Ｇａ
0.8 Ｎ層１０８、マグネシウムが添加された厚さ０．１
μｍ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１ｌ0.15Ｇａ0.85
Ｎクラッド層１１０、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１
１２、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。半導体結晶層
５０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１
０８、１０９、１１０、１１１の形成は有機金属化学気
相成長法により行われた。
【０００７】図６は、やはり上述の従来技術の結晶成長
方法によりＡ面サファイア基板上に形成された代表的な
窒化ガリウム系レーザの概略断面図である（Ｓ．Ｎａｋ
ａｍｕｒａ ｅｔ ａｌ．，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐ
ｈｙｓ．３５（１９９６）Ｌ２１７）。図６に於いて、
この窒化ガリウム系レーザは、Ａ面を表面とするサファ
イア基板６０１上に、成長温度５５０℃の厚さ５００Å
のアンドープの窒化ガリウム低温成長バッファ層６０
２、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０．１μｍ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Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層６０
５、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Ｉｎ
0.2 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２０周期の多重量子
井戸構造活性層６０７、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０．４
μｍ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０．５μｍ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１１３が形
成されている。半導体結晶層５０２、１０３、１０４、
１０５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１０、１
１１の形成は有機金属化学気相成長法により行われた。
方法によりＡ面サファイア基板上に形成された代表的な
窒化ガリウム系レーザの概略断面図である（Ｓ．Ｎａｋ
ａｍｕｒａ ｅｔ ａｌ．，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐ
ｈｙｓ．３５（１９９６）Ｌ２１７）。図６に於いて、
この窒化ガリウム系レーザは、Ａ面を表面とするサファ
イア基板６０１上に、成長温度５５０℃の厚さ５００Å
のアンドープの窒化ガリウム低温成長バッファ層６０
２、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０．１μｍ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Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎクラッド層６０
５、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Ｉｎ
0.2 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２０周期の多重量子
井戸構造活性層６０７、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０．４
μｍ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０．５μｍ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１１３が形
成されている。半導体結晶層５０２、１０３、１０４、
１０５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１０、１
１１の形成は有機金属化学気相成長法により行われた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】図５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、高温成長エピタキシ
ャル層１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０
８、１０９、１１０、１１１のｃ軸は基板表面と垂直と
なる。この場合、サファイア基板と高温成長エピタキシ
ャル層１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０
８、１０９、１１０、１１１との間には大きな格子定数
差や熱膨張係数差が存在する。しかし、従来技術の窒化
ガリウム系レーザでは、窒化ガリウムが非常に硬いた
め、低温成長バッファ層による格子定数差および熱膨張
係数差の吸収が不十分となり、このことが高温成長エピ
タキシャル層１０３、１０４、１０５、１０６、１０
７、１０８、１０９、１１０、１１１の結晶性の悪さや
クラック密度の大きさの原因となっている。
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、高温成長エピタキシ
ャル層１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０
８、１０９、１１０、１１１のｃ軸は基板表面と垂直と
なる。この場合、サファイア基板と高温成長エピタキシ
ャル層１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０
８、１０９、１１０、１１１との間には大きな格子定数
差や熱膨張係数差が存在する。しかし、従来技術の窒化
ガリウム系レーザでは、窒化ガリウムが非常に硬いた
め、低温成長バッファ層による格子定数差および熱膨張
係数差の吸収が不十分となり、このことが高温成長エピ
タキシャル層１０３、１０４、１０５、１０６、１０
７、１０８、１０９、１１０、１１１の結晶性の悪さや
クラック密度の大きさの原因となっている。
【０００９】また、Ｃ面サファイア基板上に形成された
高温成長エピタキシャル層１０３、１０４、１０５、１
０６、１０７、１０８、１０９、１１０、１１１のへき
開面となる（１−１００）面（以下Ｍ面）は、サファイ
ア基板のへき開面であるＭ面と３０°の角度をなす。こ
れは、窒化ガリウム低温成長バッファ層のａ軸格子定数
ａGaN がサファイアのａ軸格子定数ａsap よりもａsap
／√３に近いためである。
高温成長エピタキシャル層１０３、１０４、１０５、１
０６、１０７、１０８、１０９、１１０、１１１のへき
開面となる（１−１００）面（以下Ｍ面）は、サファイ
ア基板のへき開面であるＭ面と３０°の角度をなす。こ
れは、窒化ガリウム低温成長バッファ層のａ軸格子定数
ａGaN がサファイアのａ軸格子定数ａsap よりもａsap
／√３に近いためである。
【００１０】この場合の、サファイア基板と窒化ガリウ
ム（または窒化アルミニウム）低温成長バッファ層の原
子の位置関係を図４に示す。図４にあるように従来のＣ
面サファイア基板１０１上に形成されたレーザは、基板
のへき開によって共振器鏡面を形成することが出来ない
ため、共振器鏡面形成のために反応性イオンエッチング
に代表されるような乾式エッチングの複雑な工程が必要
であり、共振器鏡面の平滑性が得られなかった。これは
窒化ガリウム低温成長バッファ層５０２の代わりに窒化
アルミニウム低温成長バッファ層を採用した場合も同様
である。
ム（または窒化アルミニウム）低温成長バッファ層の原
子の位置関係を図４に示す。図４にあるように従来のＣ
面サファイア基板１０１上に形成されたレーザは、基板
のへき開によって共振器鏡面を形成することが出来ない
ため、共振器鏡面形成のために反応性イオンエッチング
に代表されるような乾式エッチングの複雑な工程が必要
であり、共振器鏡面の平滑性が得られなかった。これは
窒化ガリウム低温成長バッファ層５０２の代わりに窒化
アルミニウム低温成長バッファ層を採用した場合も同様
である。
【００１１】また図６に示されたような、従来のＡ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、高温成長エピタキシャル層１０２、１０３、１
０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１
０、１１１のｃ軸は基板表面と垂直となる。この場合
も、サファイア基板と高温成長エピタキシャル層１０
２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０
８、１０９、１１０、１１１との間には大きな格子定数
差や熱膨張係数差が存在し、窒化ガリウムが非常に硬い
ため、低温成長バッファ層による格子定数差および熱膨
張係数差の吸収が不十分となり、高温成長エピタキシャ
ル層１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０
７、１０８、１０９、１１０、１１１の結晶性の悪さや
クラック密度の大きさの原因となっている。
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、高温成長エピタキシャル層１０２、１０３、１
０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１
０、１１１のｃ軸は基板表面と垂直となる。この場合
も、サファイア基板と高温成長エピタキシャル層１０
２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０
８、１０９、１１０、１１１との間には大きな格子定数
差や熱膨張係数差が存在し、窒化ガリウムが非常に硬い
ため、低温成長バッファ層による格子定数差および熱膨
張係数差の吸収が不十分となり、高温成長エピタキシャ
ル層１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０
７、１０８、１０９、１１０、１１１の結晶性の悪さや
クラック密度の大きさの原因となっている。
【００１２】また、Ａ面サファイア基板上に形成された
高温成長エピタキシャル層１０２、１０３、１０４、１
０５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１０、１１
１のへき開面となるＭ面は、基板のへき開面である（１
−１０２）面（以下Ｒ面）とほぼ平行だが正確には約
２．４°の角度をなす。そのため、この従来技術の結晶
成長方法によりＡ面サファイア基板６０１上に形成され
たレーザの共振器鏡面は、基板のへき開により形成可能
であるものの、角度の違いが影響して再現性よく平滑な
共振器鏡面を得ることはできなかった。またこのことは
窒化ガリウム低温成長バッファ層６０２の代わりに窒化
アルミニウム低温成長バッファ層を採用した場合も同様
である。
高温成長エピタキシャル層１０２、１０３、１０４、１
０５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１０、１１
１のへき開面となるＭ面は、基板のへき開面である（１
−１０２）面（以下Ｒ面）とほぼ平行だが正確には約
２．４°の角度をなす。そのため、この従来技術の結晶
成長方法によりＡ面サファイア基板６０１上に形成され
たレーザの共振器鏡面は、基板のへき開により形成可能
であるものの、角度の違いが影響して再現性よく平滑な
共振器鏡面を得ることはできなかった。またこのことは
窒化ガリウム低温成長バッファ層６０２の代わりに窒化
アルミニウム低温成長バッファ層を採用した場合も同様
である。
【００１３】本発明の目的は、サファイア基板とへき開
面が一致する窒化物系化合物半導体層とこれを形成する
ための結晶成長方法を提供し、半導体層の結晶性が良く
かつ結晶成長による半導体層形成時に入るクラック密度
が小さく、へき開によって鏡面を形成することの出来る
窒化ガリウム系発光素子を実現することである。
面が一致する窒化物系化合物半導体層とこれを形成する
ための結晶成長方法を提供し、半導体層の結晶性が良く
かつ結晶成長による半導体層形成時に入るクラック密度
が小さく、へき開によって鏡面を形成することの出来る
窒化ガリウム系発光素子を実現することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の窒化物系化合物
半導体の結晶成長方法は、（０００１）面または（００
０１）面からの傾斜角が５°以内である面を表面とする
サファイア基板上の表面にＩｎx Ｇａ1-x Ｎ層（０．８
９４≦ｘ＜１）を形成する工程と、続いて窒化ガリウム
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
れらの混晶を成長する工程を有することを特徴とする。
またＩｎx Ｇａ1-x Ｎ層（０．８９４≦ｘ＜１）を４０
０℃以上６００℃以下で成長することを特徴とする。
半導体の結晶成長方法は、（０００１）面または（００
０１）面からの傾斜角が５°以内である面を表面とする
サファイア基板上の表面にＩｎx Ｇａ1-x Ｎ層（０．８
９４≦ｘ＜１）を形成する工程と、続いて窒化ガリウム
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
れらの混晶を成長する工程を有することを特徴とする。
またＩｎx Ｇａ1-x Ｎ層（０．８９４≦ｘ＜１）を４０
０℃以上６００℃以下で成長することを特徴とする。
【００１５】さらに（０００１）面または（０００１）
面からの傾斜角が５°以内である面を表面とするサファ
イア基板上の表面に４００℃以上６００℃以下でＩｎx
Ｇａ1-x Ｎ層（０．８９４≦ｘ＜１）を形成する工程
と、温度４００℃以上７００℃以下でＡｌx Ｇａ1-x Ｎ
層（０≦ｘ＜１）を形成する工程と、続いて窒化ガリウ
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
それらの混晶を形成することを特徴とする。
面からの傾斜角が５°以内である面を表面とするサファ
イア基板上の表面に４００℃以上６００℃以下でＩｎx
Ｇａ1-x Ｎ層（０．８９４≦ｘ＜１）を形成する工程
と、温度４００℃以上７００℃以下でＡｌx Ｇａ1-x Ｎ
層（０≦ｘ＜１）を形成する工程と、続いて窒化ガリウ
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
それらの混晶を形成することを特徴とする。
【００１６】また有機金属化学気相成長法あるいはハイ
ドライド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。
ドライド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。
【００１７】本発明の窒化ガリウム系発光素子は、（０
００１）面または（０００１）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の表面に形成
されたＩｎx Ｇａ1-x Ｎ層（０．８９４≦ｘ＜１）と、
前記Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ層上に形成された窒化ガリウムま
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
らの混晶とを有することを特徴とする。また前記Ｉｎx
Ｇａ1-x Ｎ層（０．８９４≦ｘ＜１）が４００℃以上６
００℃以下で成長したものであることを特徴とする。
００１）面または（０００１）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の表面に形成
されたＩｎx Ｇａ1-x Ｎ層（０．８９４≦ｘ＜１）と、
前記Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ層上に形成された窒化ガリウムま
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
らの混晶とを有することを特徴とする。また前記Ｉｎx
Ｇａ1-x Ｎ層（０．８９４≦ｘ＜１）が４００℃以上６
００℃以下で成長したものであることを特徴とする。
【００１８】さらに、（０００１）面または（０００
１）面からの傾斜角が５°以内である面を表面とするサ
ファイア基板上の表面に４００℃以上６００℃以下で形
成されたＩｎx Ｇａ1-x Ｎ層（０．８９４≦ｘ＜１）
と、前記Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ層上に温度４００℃以上７０
０℃以下で形成されたＡｌx Ｇａ1-x Ｎ層（０≦ｘ＜
１）と、前記Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ層上に形成された窒化ガ
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
たはそれらの混晶とを有することを特徴とする。
１）面からの傾斜角が５°以内である面を表面とするサ
ファイア基板上の表面に４００℃以上６００℃以下で形
成されたＩｎx Ｇａ1-x Ｎ層（０．８９４≦ｘ＜１）
と、前記Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ層上に温度４００℃以上７０
０℃以下で形成されたＡｌx Ｇａ1-x Ｎ層（０≦ｘ＜
１）と、前記Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ層上に形成された窒化ガ
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
たはそれらの混晶とを有することを特徴とする。
【００１９】
【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。
【００２０】《実施例１》窒化ガリウム系レーザの低温
成長バッファ層としてＩｎ0.9 Ｇａ0.1 Ｎを採用した。
図１はこの窒化ガリウム系レーザの概略断面図である。
図１に於いて、窒化ガリウム系レーザは、（０００１）
面を表面とするサファイア基板１０１上に、成長温度５
５０℃の厚さ３００ÅのアンドープのＩｎ0.9 Ｇａ0.1
Ｎ低温成長バッファ層２０２、珪素が添加された厚さ３
μｍ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１
０４、珪素が添加された厚さ０．４μｍのｎ型Ａｌ0.15
Ｇａ0.85Ｎ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 Ｇａ
0.8 Ｎ層１０８、マグネシウムが添加された厚さ０．１
μｍ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Ａｌ0.15Ｇａ0.85
Ｎクラッド層１１０、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１
１２、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。半導体結晶層
２０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１
０８、１０９、１１０、１１１の形成は有機金属化学気
相成長法により行われた。
成長バッファ層としてＩｎ0.9 Ｇａ0.1 Ｎを採用した。
図１はこの窒化ガリウム系レーザの概略断面図である。
図１に於いて、窒化ガリウム系レーザは、（０００１）
面を表面とするサファイア基板１０１上に、成長温度５
５０℃の厚さ３００ÅのアンドープのＩｎ0.9 Ｇａ0.1
Ｎ低温成長バッファ層２０２、珪素が添加された厚さ３
μｍ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１
０４、珪素が添加された厚さ０．４μｍのｎ型Ａｌ0.15
Ｇａ0.85Ｎ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 Ｇａ
0.8 Ｎ層１０８、マグネシウムが添加された厚さ０．１
μｍ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Ａｌ0.15Ｇａ0.85
Ｎクラッド層１１０、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１
１２、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。半導体結晶層
２０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１
０８、１０９、１１０、１１１の形成は有機金属化学気
相成長法により行われた。
【００２１】本実施例の窒化ガリウム系レーザでは、高
温成長エピタキシャル層１０３、１０４、１０５、１０
６、１０７、１０８、１０９、１１０、１１１のへき開
面であるＭ面は基板のへき開面であるＭ面と平行であ
る。これは、低温成長バッファ層であるＩｎx Ｇａ1-x
Ｎ（０．８９４ ≦ｘ＜１）のａ軸格子定数ａGaN がａ
sap ／√３よりもサファイアのａ軸格子定数ａsap に近
いためである。この場合の、サファイア基板とＩｎx Ｇ
ａ1-x Ｎ 低温成長バッファ層の原子の位置関係を図３
に示す。よって、この従来技術の結晶成長方法によりＣ
面サファイア基板１０１上に形成されたレーザは、基板
のへき開によって共振器鏡面を形成することが出来るた
め、共振器鏡面形成のために反応性イオンエッチングに
代表されるような乾式エッチングの複雑な工程が不要で
あり、かつ平滑性にも非常に優れている。
温成長エピタキシャル層１０３、１０４、１０５、１０
６、１０７、１０８、１０９、１１０、１１１のへき開
面であるＭ面は基板のへき開面であるＭ面と平行であ
る。これは、低温成長バッファ層であるＩｎx Ｇａ1-x
Ｎ（０．８９４ ≦ｘ＜１）のａ軸格子定数ａGaN がａ
sap ／√３よりもサファイアのａ軸格子定数ａsap に近
いためである。この場合の、サファイア基板とＩｎx Ｇ
ａ1-x Ｎ 低温成長バッファ層の原子の位置関係を図３
に示す。よって、この従来技術の結晶成長方法によりＣ
面サファイア基板１０１上に形成されたレーザは、基板
のへき開によって共振器鏡面を形成することが出来るた
め、共振器鏡面形成のために反応性イオンエッチングに
代表されるような乾式エッチングの複雑な工程が不要で
あり、かつ平滑性にも非常に優れている。
【００２２】さらに本実施例の窒化ガリウム系レーザで
は、高温成長エピタキシャル層１０３、１０４、１０
５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１０、１１１
のｃ軸が基板表面と垂直となる。この場合、サファイア
基板と高温成長エピタキシャル層１０３、１０４、１０
５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１０、１１１
との間には大きな格子定数差や熱膨張係数差が存在す
る。しかし、本実施例の窒化ガリウム系レーザでは、低
温成長バッファ層としてＩｎ0.9 Ｇａ0.1 Ｎが用いられ
ており、Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ（０ ＜ｘ＜１）が窒化ガリ
ウムより軟らかいため、低温成長バッファ層が基板と窒
化ガリウム系化合物半導体層の間の格子定数差および熱
膨張係数差を吸収し易い。このため、本実施例の窒化ガ
リウム系レーザは、従来技術による窒化ガリウム系レー
ザに比べ、高温成長エピタキシャル層１０３、１０４、
１０５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１０、１
１１の結晶性やクラック密度が改善されている。
は、高温成長エピタキシャル層１０３、１０４、１０
５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１０、１１１
のｃ軸が基板表面と垂直となる。この場合、サファイア
基板と高温成長エピタキシャル層１０３、１０４、１０
５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１０、１１１
との間には大きな格子定数差や熱膨張係数差が存在す
る。しかし、本実施例の窒化ガリウム系レーザでは、低
温成長バッファ層としてＩｎ0.9 Ｇａ0.1 Ｎが用いられ
ており、Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ（０ ＜ｘ＜１）が窒化ガリ
ウムより軟らかいため、低温成長バッファ層が基板と窒
化ガリウム系化合物半導体層の間の格子定数差および熱
膨張係数差を吸収し易い。このため、本実施例の窒化ガ
リウム系レーザは、従来技術による窒化ガリウム系レー
ザに比べ、高温成長エピタキシャル層１０３、１０４、
１０５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１０、１
１１の結晶性やクラック密度が改善されている。
【００２３】本実施例では結晶性やクラック密度を考慮
してサファイア基板面にＩｎx Ｇａ1-x Ｎ（０．８９４
≦ｘ＜１）層を低温成長したが、へき開のみに着目する
のであれば低温成長でなくともよい。
してサファイア基板面にＩｎx Ｇａ1-x Ｎ（０．８９４
≦ｘ＜１）層を低温成長したが、へき開のみに着目する
のであれば低温成長でなくともよい。
【００２４】Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎバッファ層の組成を
（０．８９４≦ｘ＜１）と規定した根拠について以下に
述べる。ＩｎＮの格子定数ａInN とＧａＮの格子定数ａ
GaN の間を直線で補完することによって、Ｉｎx Ｇａ
1-x Ｎの格子定数ａInGaN を求めると、ａInGaN ＝ｘ・
ａInN ＋（１−ｘ）・ａGaN となる。
（０．８９４≦ｘ＜１）と規定した根拠について以下に
述べる。ＩｎＮの格子定数ａInN とＧａＮの格子定数ａ
GaN の間を直線で補完することによって、Ｉｎx Ｇａ
1-x Ｎの格子定数ａInGaN を求めると、ａInGaN ＝ｘ・
ａInN ＋（１−ｘ）・ａGaN となる。
【００２５】このＩｎＧａＮをサファイア基板上に形成
した場合の、基板とエピタキシャル成長層の間の格子不
整合εを求めると、以下のようになる。
した場合の、基板とエピタキシャル成長層の間の格子不
整合εを求めると、以下のようになる。
【００２６】ｉ）基板のＭ面とエピタキシャル層のＭ面
が一致する場合 ε＝（ａsap −ａInGaN ）／ａsap ＝ε1 とする ｉｉ）基板のＭ面とエピタキシャル層のＭ面が３０°の
角度をなす場合 ε＝（ａInGaN −ａsap ／√３）／（ａsap ／√３） ＝ε2 とする ｉ）、ｉｉ）より、ε1 ≦ε2 となる条件を求めると、
ａsap ＝４．７８５Å ０．８９４≦ｘ となる。
が一致する場合 ε＝（ａsap −ａInGaN ）／ａsap ＝ε1 とする ｉｉ）基板のＭ面とエピタキシャル層のＭ面が３０°の
角度をなす場合 ε＝（ａInGaN −ａsap ／√３）／（ａsap ／√３） ＝ε2 とする ｉ）、ｉｉ）より、ε1 ≦ε2 となる条件を求めると、
ａsap ＝４．７８５Å ０．８９４≦ｘ となる。
【００２７】これによりＩｎx Ｇａ1-x Ｎのｘの範囲を
０．８９４≦ｘ＜１と規定した。
０．８９４≦ｘ＜１と規定した。
【００２８】《実施例２》窒化ガリウム系レーザの低温
成長バッファ層としてＩｎ0.9 Ｇａ0.1 Ｎ（第１層）お
よび窒化ガリウム（第２層）を採用した。図２はこの窒
化ガリウム系レーザの概略断面図である。図２に於い
て、窒化ガリウム系レーザは、（０００１）面を表面と
するサファイア基板１０１上に、成長温度５５０℃の厚
さ３００ÅのアンドープのＩｎ0.9 Ｇａ0.1 Ｎ低温成長
バッファ層２０２、成長温度５５０℃の厚さ３００Åの
アンドープの窒化ガリウム低温成長バッファ層３０２、
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０．１μｍ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１０
５、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Ｉｎ
0.2 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０．４
μｍ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０．５μｍ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１１３が形
成されている。半導体結晶層２０２、１０３、１０４、
１０５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１０、１
１１の形成は有機金属化学気相成長法により行われた。
成長バッファ層としてＩｎ0.9 Ｇａ0.1 Ｎ（第１層）お
よび窒化ガリウム（第２層）を採用した。図２はこの窒
化ガリウム系レーザの概略断面図である。図２に於い
て、窒化ガリウム系レーザは、（０００１）面を表面と
するサファイア基板１０１上に、成長温度５５０℃の厚
さ３００ÅのアンドープのＩｎ0.9 Ｇａ0.1 Ｎ低温成長
バッファ層２０２、成長温度５５０℃の厚さ３００Åの
アンドープの窒化ガリウム低温成長バッファ層３０２、
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０．１μｍ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１０
５、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Ｉｎ
0.2 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０．４
μｍ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０．５μｍ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１１３が形
成されている。半導体結晶層２０２、１０３、１０４、
１０５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１０、１
１１の形成は有機金属化学気相成長法により行われた。
【００２９】本実施例の窒化ガリウム系レーザでは、高
温成長エピタキシャル層１０３、１０４、１０５、１０
６、１０７、１０８、１０９、１１０、１１１のへき開
面であるＭ面は基板のへき開面であるＭ面と平行であ
る。これは、低温成長バッファ層の第１層であるＩｎx
Ｇａ1-x Ｎ（０．８９４ ≦ｘ＜１）のａ軸格子定数ａ
GaN がａsap ／√３よりもサファイアのａ軸格子定数ａ
sap に近いためである。この場合の、サファイア基板と
Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ 低温成長バッファ層の原子の位置関
係を図３に示す。よって、この従来技術の結晶成長方法
によりＣ面サファイア基板１０１上に形成されたレーザ
は、基板のへき開によって共振器鏡面を形成することが
出来るため、共振器鏡面形成のために反応性イオンエッ
チングに代表されるような乾式エッチングの複雑な工程
が不要であり、かつ平滑性にも非常に優れている。
温成長エピタキシャル層１０３、１０４、１０５、１０
６、１０７、１０８、１０９、１１０、１１１のへき開
面であるＭ面は基板のへき開面であるＭ面と平行であ
る。これは、低温成長バッファ層の第１層であるＩｎx
Ｇａ1-x Ｎ（０．８９４ ≦ｘ＜１）のａ軸格子定数ａ
GaN がａsap ／√３よりもサファイアのａ軸格子定数ａ
sap に近いためである。この場合の、サファイア基板と
Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ 低温成長バッファ層の原子の位置関
係を図３に示す。よって、この従来技術の結晶成長方法
によりＣ面サファイア基板１０１上に形成されたレーザ
は、基板のへき開によって共振器鏡面を形成することが
出来るため、共振器鏡面形成のために反応性イオンエッ
チングに代表されるような乾式エッチングの複雑な工程
が不要であり、かつ平滑性にも非常に優れている。
【００３０】さらに、本実施例の窒化ガリウム系レーザ
では、高温成長エピタキシャル層１０３、１０４、１０
５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１０、１１１
のｃ軸が基板表面と垂直となる。この場合、サファイア
基板と高温成長エピタキシャル層１０３、１０４、１０
５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１０、１１１
との間には大きな格子定数差や熱膨張係数差が存在す
る。しかし、本実施例の窒化ガリウム系レーザでは、低
温成長バッファ層の第１層としてＩｎ0.9 Ｇａ0.1 Ｎが
用いられており、Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ（０ ＜ｘ＜１）が
窒化ガリウムより軟らかいため、低温成長バッファ層が
基板と窒化ガリウム系化合物半導体層の間の格子定数差
および熱膨張係数差を吸収し易い。このため、本実施例
の窒化ガリウム系レーザは、従来技術による窒化ガリウ
ム系レーザに比べ、高温成長エピタキシャル層１０３、
１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１０９、１
１０、１１１の結晶性やクラック密度が改善されてい
る。
では、高温成長エピタキシャル層１０３、１０４、１０
５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１０、１１１
のｃ軸が基板表面と垂直となる。この場合、サファイア
基板と高温成長エピタキシャル層１０３、１０４、１０
５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１０、１１１
との間には大きな格子定数差や熱膨張係数差が存在す
る。しかし、本実施例の窒化ガリウム系レーザでは、低
温成長バッファ層の第１層としてＩｎ0.9 Ｇａ0.1 Ｎが
用いられており、Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ（０ ＜ｘ＜１）が
窒化ガリウムより軟らかいため、低温成長バッファ層が
基板と窒化ガリウム系化合物半導体層の間の格子定数差
および熱膨張係数差を吸収し易い。このため、本実施例
の窒化ガリウム系レーザは、従来技術による窒化ガリウ
ム系レーザに比べ、高温成長エピタキシャル層１０３、
１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１０９、１
１０、１１１の結晶性やクラック密度が改善されてい
る。
【００３１】さらに、本実施例の窒化ガリウム系レーザ
では、低温成長バッファ層の第２層として窒化ガリウム
が用いられている。これにより、高温成長エピタキシャ
ル層の第１層目であるｎ型窒化ガリウムコンタクト層１
０３を形成するために基板を１０００℃程度まで昇温し
た際に低温成長バッファ層の第１層であるＩｎ0.9 Ｇａ
0.1 Ｎ層中のインジウムの再蒸発を防止することが出来
る。なお低温成長バッファ層の第２層目として窒化ガリ
ウムを用いたがＡｌｘＧａ1-x Ｎ（０≦ｘ＜１）層であ
ってもよい。
では、低温成長バッファ層の第２層として窒化ガリウム
が用いられている。これにより、高温成長エピタキシャ
ル層の第１層目であるｎ型窒化ガリウムコンタクト層１
０３を形成するために基板を１０００℃程度まで昇温し
た際に低温成長バッファ層の第１層であるＩｎ0.9 Ｇａ
0.1 Ｎ層中のインジウムの再蒸発を防止することが出来
る。なお低温成長バッファ層の第２層目として窒化ガリ
ウムを用いたがＡｌｘＧａ1-x Ｎ（０≦ｘ＜１）層であ
ってもよい。
【００３２】本発明の窒化物系化合物半導体の結晶成長
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物
系化合物半導体の結晶成長方法に於いて有効である。
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物
系化合物半導体の結晶成長方法に於いて有効である。
【００３３】また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。さらに、本発明の窒化ガ
リウム系発光素子は、レーザに於いてのみ有効であると
いう訳ではなく、発光ダイオードに於いても有効であ
る。何故なら、発光ダイオードに於いても、基板と高温
成長エピタキシャル層のへき開面が一致することは、素
子分離の際の歩留まり等の点で有利だからである。な
お、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２に示されたように厳密にＣ面である必要
はなく、Ｃ面に対し５°以内の傾斜ならば本発明の効果
に影響はない。
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。さらに、本発明の窒化ガ
リウム系発光素子は、レーザに於いてのみ有効であると
いう訳ではなく、発光ダイオードに於いても有効であ
る。何故なら、発光ダイオードに於いても、基板と高温
成長エピタキシャル層のへき開面が一致することは、素
子分離の際の歩留まり等の点で有利だからである。な
お、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２に示されたように厳密にＣ面である必要
はなく、Ｃ面に対し５°以内の傾斜ならば本発明の効果
に影響はない。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の窒化物系
化合物半導体の結晶成長方法は、基板としてＣ面を表面
とするサファイア基板を用い、バッファ層としてＩｎx
Ｇａ1-x Ｎ（０．８９４≦ｘ＜１）を採用することで、
基板のへき開面と成長層のへき開面が平行となる窒化物
系化合物系半導体を提供することが出来る。またＩｎx
Ｇａ1-x Ｎ（０．８９４≦ｘ＜１）を低温成長すること
により、高温成長エピタキシャル層の結晶性やクラック
密度を改善することもできる。
化合物半導体の結晶成長方法は、基板としてＣ面を表面
とするサファイア基板を用い、バッファ層としてＩｎx
Ｇａ1-x Ｎ（０．８９４≦ｘ＜１）を採用することで、
基板のへき開面と成長層のへき開面が平行となる窒化物
系化合物系半導体を提供することが出来る。またＩｎx
Ｇａ1-x Ｎ（０．８９４≦ｘ＜１）を低温成長すること
により、高温成長エピタキシャル層の結晶性やクラック
密度を改善することもできる。
【００３５】さらに低温成長バッファ層としてＩｎx Ｇ
ａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）を採用したことにより生じる、
高温成長エピタキシャル層を形成するために基板を昇温
する際のＩｎx Ｇａ1-x Ｎ低温成長バッファ層中のイン
ジウムの再蒸発の問題は、低温成長バッファ層の第２層
目としてＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（０≦ｘ＜１）層を形成する
ことにより解決出来る。よって、本発明の結晶成長方法
を用いて半導体層が形成された、本発明の窒化ガリウム
系発光素子にも、上述のような効果が期待出来る。
ａ1-x Ｎ（０＜ｘ＜１）を採用したことにより生じる、
高温成長エピタキシャル層を形成するために基板を昇温
する際のＩｎx Ｇａ1-x Ｎ低温成長バッファ層中のイン
ジウムの再蒸発の問題は、低温成長バッファ層の第２層
目としてＡｌx Ｇａ1-x Ｎ（０≦ｘ＜１）層を形成する
ことにより解決出来る。よって、本発明の結晶成長方法
を用いて半導体層が形成された、本発明の窒化ガリウム
系発光素子にも、上述のような効果が期待出来る。
【図１】実施例１に於いて、低温成長バッファ層として
Ｉｎ0.9 Ｇａ0.1 Ｎを採用した窒化ガリウム系レーザの
概略断面図である。
Ｉｎ0.9 Ｇａ0.1 Ｎを採用した窒化ガリウム系レーザの
概略断面図である。
【図２】実施例２に於いて、低温成長バッファ層として
Ｉｎ0.9 Ｇａ0.1 Ｎ（第１層）および窒化ガリウム（第
２層）を採用した窒化ガリウム系レーザの概略断面図で
ある。
Ｉｎ0.9 Ｇａ0.1 Ｎ（第１層）および窒化ガリウム（第
２層）を採用した窒化ガリウム系レーザの概略断面図で
ある。
【図３】実施例２に於いて、基板としてＣ面サファイア
基板を、低温成長バッファ層としてＩｎ0.9 Ｇａ0.1 Ｎ
を採用した場合の、サファイア基板とＩｎ0.9 Ｇａ0.1
Ｎ低温成長バッファ層の原子の位置関係を示す模式図で
ある。
基板を、低温成長バッファ層としてＩｎ0.9 Ｇａ0.1 Ｎ
を採用した場合の、サファイア基板とＩｎ0.9 Ｇａ0.1
Ｎ低温成長バッファ層の原子の位置関係を示す模式図で
ある。
【図４】従来に於いて、Ｃ面サファイア基板上に低温成
長した窒化ガリウムバッファ層を成長した場合のサファ
イア基板と窒化ガリウム低温成長バッファ層の原子の位
置関係を示す模式図である。
長した窒化ガリウムバッファ層を成長した場合のサファ
イア基板と窒化ガリウム低温成長バッファ層の原子の位
置関係を示す模式図である。
【図５】従来に於いて、Ｃ面サファイア基板上に低温成
長バッファ層として窒化ガリウムを採用した窒化ガリウ
ム系レーザの概略断面図である。
長バッファ層として窒化ガリウムを採用した窒化ガリウ
ム系レーザの概略断面図である。
【図６】従来に於いて、Ａ面サファイア基板上に低温成
長バッファ層として窒化ガリウムを採用した窒化ガリウ
ム系レーザの概略断面図である。
長バッファ層として窒化ガリウムを採用した窒化ガリウ
ム系レーザの概略断面図である。
１０１ Ｃ面サファイア基板 １０２ Ｉｎ0.9 Ｇａ0.1 Ｎ低温成長バッファ層 １０３ ｎ型Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ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 ２０２ 窒化ガリウム低温成長バッファ層 ３０１ サファイア基板酸素原子 ３０２ サファイア基板ａ軸格子間隔 ３０３ サファイア基板ａ軸格子間隔／√３ ３０４ サファイア基板Ｍ面 ３０５ ＩｎＧａＮ低温成長バッファ層インジウムま
たはガリウム原子 ３０６ ＩｎＧａＮ低温成長バッファ層ａ軸格子間隔 ３０７ ＩｎＧａＮ低温成長バッファ層Ｍ面 ４０５ 窒化ガリウム低温成長バッファ層ガリウム原
子または窒化アルミニウ ム低温成長バッファ層アルミニウム原子 ４０６ 窒化ガリウムまたは窒化アルミニウム低温成
長バッファ層ａ軸格子間隔 ４０７ 窒化ガリウムまたは窒化アルミニウム低温成
長バッファ層Ｍ面 ５０２ 窒化ガリウム低温成長バッファ層 ６０１ Ａ面サファイア基板 ６０２ 窒化ガリウム低温成長バッファ層 ６０５ ｎ型Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎ層 ６０７ Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ／Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ多
重量子井戸活性層
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 ２０２ 窒化ガリウム低温成長バッファ層 ３０１ サファイア基板酸素原子 ３０２ サファイア基板ａ軸格子間隔 ３０３ サファイア基板ａ軸格子間隔／√３ ３０４ サファイア基板Ｍ面 ３０５ ＩｎＧａＮ低温成長バッファ層インジウムま
たはガリウム原子 ３０６ ＩｎＧａＮ低温成長バッファ層ａ軸格子間隔 ３０７ ＩｎＧａＮ低温成長バッファ層Ｍ面 ４０５ 窒化ガリウム低温成長バッファ層ガリウム原
子または窒化アルミニウ ム低温成長バッファ層アルミニウム原子 ４０６ 窒化ガリウムまたは窒化アルミニウム低温成
長バッファ層ａ軸格子間隔 ４０７ 窒化ガリウムまたは窒化アルミニウム低温成
長バッファ層Ｍ面 ５０２ 窒化ガリウム低温成長バッファ層 ６０１ Ａ面サファイア基板 ６０２ 窒化ガリウム低温成長バッファ層 ６０５ ｎ型Ａｌ0.12Ｇａ0.88Ｎ層 ６０７ Ｉｎ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ／Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ多
重量子井戸活性層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 笹岡 千秋 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８−97469（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−208395（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−8412（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−249795（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 H01L 33/00 H01L 21/205
Claims (10)
- 【請求項１】 （０００１）面または（０００１）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
基板上の表面にＩｎx Ｇａ1-x Ｎ層（０．８９４≦ｘ＜
１）を形成する工程と、続いて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
を成長する工程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２】 前記Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ層（０．８９４≦
ｘ＜１）を４００℃以上６００℃以下で成長することを
特徴とする請求項１記載の窒化物系化合物半導体の結晶
成長方法。 - 【請求項３】 （０００１）面または（０００１）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
基板上の表面に４００℃以上６００℃以下でＩｎx Ｇａ
1-x Ｎ層（０．８９４≦ｘ＜１）を形成する工程と、温
度４００℃以上７００℃以下でＡｌx Ｇａ1-x Ｎ層（０
≦ｘ＜１）を形成する工程と、続いて窒化ガリウムまた
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
の混晶を形成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４】 有機金属化学気相成長法あるいはハイド
ライド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又は請求項３に記載の結晶成
長方法。 - 【請求項５】 （０００１）面または（０００１）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
基板上の表面に形成されたＩｎx Ｇａ1-x Ｎ層（０．８
９４≦ｘ＜１）と、前記Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ層上に形成さ
れた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とを有することを特徴とす
る窒化物系化合物半導体。 - 【請求項６】 前記Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ層（０．８９４≦
ｘ＜１）が４００℃以上６００℃以下で成長したもので
あることを特徴とする請求項５記載の窒化物系化合物半
導体。 - 【請求項７】 （０００１）面または（０００１）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
基板上の表面に４００℃以上６００℃以下で形成された
Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ層（０．８９４≦ｘ＜１）と、前記Ｉ
ｎx Ｇａ1-xＮ層上に温度４００℃以上７００℃以下で
形成されたＡｌx Ｇａ1-x Ｎ層（０≦ｘ＜１）と、前記
Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ層上に形成された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
混晶とを有することを特徴とする窒化物系化合物半導
体。 - 【請求項８】 （０００１）面または（０００１）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
基板上の表面に形成されたＩｎx Ｇａ1-x Ｎ層（０．８
９４≦ｘ＜１）と、前記Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ層上に形成さ
れた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とを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９】 前記Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ層（０．８９４≦
ｘ＜１）が４００℃以上６００℃以下で成長したもので
あることを特徴とする請求項９記載の窒化ガリウム系発
光素子。 - 【請求項１０】 （０００１）面または（０００１）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
ア基板上の表面に４００℃以上６００℃以下で形成され
たＩｎx Ｇａ1-x Ｎ層（０．８９４≦ｘ＜１）と、前記
Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ層上に温度４００℃以上７００℃以下
で形成されたＡｌx Ｇａ1-x Ｎ層（０≦ｘ＜１）と、前
記Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ層上に形成された窒化ガリウムまた
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
の混晶とを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 |
|---|---|---|---|
| JP15679597A JP3147821B2 (ja) | 1997-06-13 | 1997-06-13 | 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 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15679597A JP3147821B2 (ja) | 1997-06-13 | 1997-06-13 | 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 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH118437A JPH118437A (ja) | 1999-01-12 |
| JP3147821B2 true JP3147821B2 (ja) | 2001-03-19 |
Family
ID=15635485
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15679597A Expired - Lifetime JP3147821B2 (ja) | 1997-06-13 | 1997-06-13 | 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 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3147821B2 (ja) |
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| US7212556B1 (en) * | 1999-02-17 | 2007-05-01 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor laser device optical disk apparatus and optical integrated unit |
| JP2000252591A (ja) * | 1999-02-26 | 2000-09-14 | Sanyo Electric Co Ltd | 窒化物系半導体素子及びその製造方法 |
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| JP2007066981A (ja) | 2005-08-29 | 2007-03-15 | Toshiba Corp | 半導体装置 |
-
1997
- 1997-06-13 JP JP15679597A patent/JP3147821B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH118437A (ja) | 1999-01-12 |
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