JP3239812B2 - InGaN層を含む窒化ガリウム系半導体層の結晶成長方法および窒化ガリウム系発光素子およびその製造方法 - Google Patents
InGaN層を含む窒化ガリウム系半導体層の結晶成長方法および窒化ガリウム系発光素子およびその製造方法Info
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1-x N(0<x≦1)で表される半導体層を少なくとも
1層含む、一層あるいは複数層のInx Ga1-x N(0
≦x≦1)を有する窒化ガリウム系半導体層の結晶成長
方法に関する。
1)で表される半導体層を少なくとも1層含む、一層あ
るいは複数層のInx Ga1-x N(0≦x≦1)を有す
る窒化ガリウム系発光素子及びその製造方法に関する。
ガリウムといった他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、一般式Inx Al
y Ga1-x-y N(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y
≦1)で表される半導体(以下窒化ガリウム系半導体)
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。
℃程度以上の基板温度が必要であるにも関らず、一般式
Inx Ga1-x N(0≦x≦1)で表される半導体層の
結晶成長は、インジウムの蒸気圧が高いために、比較的
低温である600℃ないし900℃程度の基板温度で行
われていた。
層の結晶成長方法により、多重量子井戸構造の活性層が
形成された、窒化ガリウム系レーザの概略断面図である
(S. Nakamuraet Al., Extended Abstracts of
1996 International Conferenceon Solid State
Devices and Materials, yokohama,1996, pp. 67
-69)。図10に於いて、この窒化ガリウム系レーザ
は、(11−20)面を表面とするサファイア基板10
1上に、厚さ300A(オングストローム)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0.1μm のN型In
0.05Ga0.95Nクラック防止層104、珪素が添加され
た厚さ0.4μmのN型Al0.07Ga0.93N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25A(オングストロ
ーム)のアンドープのIn0.2 Ga0.8 N量子井戸層と
厚さ50A(オングストローム)のアンドープのIn
0.05Ga0.95N障壁層からなる7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200
A(オングストローム)のp型Al0.2 Ga0.8 N層6
08、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Al0.07Ga0.93Nクラッ
ド層110、マグネシウムが添加された厚さ0.2μm
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。多重量子井戸構造活
性層107およびp型Al0.2 Ga0.8 N層608は基
板温度800℃で、p型窒化ガリウム光ガイド層10
9、p型Al0.07Ga0.93Nクラッド層110、p型窒
化ガリウムコンタクト層111は基板温度1020℃で
形成された。
層の結晶成長方法により、発光層が形成された、従来の
窒化ガリウム系発光ダイオードの概略断面図である(S.
Nakamura et Al.,Jpn.J.Appl.phys.32(1993)L
8)。図11に於いて、この窒化ガリウム系発光ダイオ
ードは、(0001)面を表面とするサファイア基板2
01上に、厚さ250A(オングストローム)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4μm 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200A(オングスト
ローム)のIn0.2 Ga0.8 N発光層207、マグネシ
ウムが添加されたp型窒化ガリウムコンタクト層11
1、金からなるp電極212、アルミニウムからなるN
電極213が形成されている。In0.2 Ga0.8 N発光
層207およびアンドープのAl0.2 Ga0.8 N層60
8は基板温度800℃で、p型窒化ガリウムコンタクト
層111は基板温度1020℃で形成された。
来のInGaN層の結晶成長方法により活性層が形成さ
れた窒化ガリウム系レーザに於いては、基板温度800
℃での多重量子井戸構造活性層107の形成が終了した
後、p型窒化ガリウム光ガイド層109を形成するため
に基板を1020℃まで昇温する際に、多重量子井戸構
造活性層107中のインジウムが解離することを防止す
るために、多重量子井戸構造活性層107よりも表面側
に、多重量子井戸構造活性層107に接して、多重量子
井戸構造活性層107と同じ基板温度800℃で、Al
0.2 Ga0.8 N層608が形成されている。しかし、I
nx Ga1-x N(0≦x≦1)とAlx Ga1-x N(0
<x≦1)は格子定数が異なるにも関らず、従来例1で
はAl0.2 Ga0.8 N層608の厚さが200A(オン
グストローム)と厚く、かつ、アルミニウム組成も0.
2と大きいために、大きな格子歪が多重量子井戸構造活
性層107に加わり、多重量子井戸構造活性層107の
結晶性の悪化がもたらされている。一方、p型Al0.2
Ga0.8 N層608の厚さを薄く、または、アルミニウ
ム組成を小さくした場合、基板の昇温により多重量子井
戸構造活性層107中のインジウムが解離することを防
止でない恐れがある。
結晶成長方法により発光層が形成された窒化ガリウム系
発光ダイオードに於いては、基板温度800℃でのIn
0.2Ga0.8 N発光層207の形成が終了した後、p型
窒化ガリウムコンタクト層111を形成するために基板
を1020℃まで昇温する際に、In0.2 Ga0.8 N発
光層207中のインジウムが解離し、設計値通りの発光
波長で発光しない怖れがある。
<x≦1)を少なくとも一層含む、一層または複数層の
比較的低温で形成されたInx Ga1-x N成長層(0≦
x≦1)を有する窒化ガリウム系半導体層の中のインジ
ウムが、基板温度を900℃以上とすることに伴なって
解離するのを防止し、かつ、Inx Ga1-x N成長層
(0≦x≦1)の結晶性の悪化を最小限にとどめること
のできる、Inx Ga1-x N成長層(0≦x≦1)より
も表面側に、Inx Ga1-x N成長層(0≦x≦1)に
接して、Alx Ga1-x N層(0<x≦1)を少なくと
も一層含む、一層または複数層の比較的低温で形成され
るAlx Ga1-x Nインジウム解離防止層(0≦x≦
1)の組成と厚さの範囲を明らかにすることによって、
結晶性の良いInx Ga1-x N成長層(0≦x≦1)を
形成できる結晶成長方法を提供することである。
て、しきい値電流などの特性の良い窒化ガリウム系発光
素子を提供することである。
半導体の結晶成長方法は、基板温度600℃以上900
℃以下でInx Ga1-x N層(0<x≦1)を少なくと
も一層含む、一層または複数層のInx Ga1-x N層
(0≦x≦1)を形成する工程と、前記工程と連続して
基板温度600℃以上900℃以下でAlx Ga1-x N
層(0<x≦1)を少なくとも一層含む、一層または複
数層のAlx Ga1-x N層(0≦x≦1)を形成する工
程と、基板温度を900℃以上にする工程とを、前記順
序で少なくとも含み、かつ、前記Alx Ga1-x N層
(0≦x≦1)の層数N、各層の厚さdi (i=
1,...,N)、各層のアルミニウム組成xi (i=
1,...,N)の間に、
1)が複数の層からなり、かつ、前記複数層のAlx G
a1-x N層(0≦x≦1)のアルミニウム組成が基板側
から表面側にかけて増加することを特徴とする。
法は、基板温度600℃以上900℃以下でInx Ga
1-x N層(0<x≦1)を少なくとも一層含む、一層ま
たは複数層のInx Ga1-x N層(0≦x≦1)を形成
する工程と、前記工程と連続して基板温度600℃以上
900℃以下でAlx Ga1-x N層(0<x≦1)を少
なくとも一層含む、一層または複数層のAlx Ga1-x
N層(0≦x≦1)を形成する工程と、基板温度を90
0℃以上にする工程とを、前記順序で少なくとも含み、
かつ、前記Alx Ga1-x N層(0≦x≦1)の層数
N、各層の厚さdi(i=1,...,N)、各層のア
ルミニウム組成xi(i=1,...,N)の間に、
1)が複数の層からなり、かつ、前記複数層のAlx G
a1-x N層(0≦x≦1)のアルミニウム組成が基板側
から表面側にかけて増加することを特徴とする。
上と、前記基板上に基板温度600℃以上900℃以下
で成長したInx Ga1-x N層(0<x≦1)を少なく
とも一層含む、一層または複数層のInx Ga1-x N層
(0≦x≦1)と、前記Inx Ga1-x N層(0≦x≦
1)に続いて基板温度600℃以上900℃以下でAl
x Ga1-x N層(0<x≦1)を少なくとも一層含む、
一層または複数層のAlx Ga1-x N層(0≦x≦1)
を成長した後に基板温度を900℃以上にして形成した
Alx Ga1-x N層(0<x≦1)とを有し、前記Al
x Ga1-x N層(0≦x≦1)の層数N、各層の厚さd
i (i=1,...,N)、各層のアルミニウム組成x
i (i=1,...,N)の間に、
1)が複数の層からなり、かつ、前記複数層のAlx G
a1-x N層(0≦x≦1)のアルミニウム組成が基板側
から表面側にかけて増加することを特徴とする。
面を参照して詳しく説明する。本実施の形態では、基板
上に比較的低温で形成されたInx Ga1-x N層(0<
x≦1)を少なくとも一層含む、一層または複数層のI
nx Ga1-x N層(0≦x≦1)(以下、Inx Ga
1-x N成長層(0≦x≦1)と記す)中のインジウム
が、基板の昇温に伴なって解離することを防止するため
に、Inx Ga1-x N成長層(0≦x≦1)よりも表面
側に、Inx Ga1-x N成長層(0≦x≦1)に接し
て、比較的低温で形成されるAlx Ga1-x N層(0<
x≦1)を少なくとも一層含む、一層または複数層のA
lx Ga1-x N層(0≦x≦1)(以下、Alx Ga
1-x Nインジウム解離防止層(0≦x≦1)と記す)を
形成している。
基板温度で行うが、これはN原子のみならず、Ga原子
もまた蒸発する温度である。しかし、Al原子の蒸発に
はさらに高温(1200℃程度以上)が必要となる。し
たがって基板温度600℃以上900℃以下でInx G
a1-x N成長層(0≦x≦1)、Alx Ga1-x Nイン
ジウム解離防止層(0≦x≦1)を成長した後に、Ga
N等の成長のために基板を900℃以上にした場合、G
a原子がAlx Ga1-x Nインジウム解離防止層(0≦
x≦1)から蒸発する。このため、Alx Ga1-x Nイ
ンジウム解離防止層(0≦x≦1)は昇温前よりAl組
成が大きくなったAlx Ga1-x N層(0<x≦1)と
なり、この層がIn原子の抜けを防止する。なおGaの
蒸発の割合は、Alx Ga1-x Nインジウム解離防止層
(0≦x≦1)を形成した際の温度、昇温後の温度、昇
温の速さ、昇温してから成長を始めるまでの待機時間な
どに依存して変化する。
くなったAlx Ga1-x N層(0<x≦1)は、格子定
数がInx Ga1-x N成長層(0≦x≦1)と異なるた
め、Inx Ga1-x N成長層(0≦x≦1)の結晶性に
悪化を与えることになる。
るために、Ga原子の蒸発によってAl組成の大きくな
ったAlx Ga1-x N層(0<x≦1)のパラメータと
してAlx Ga1-x Nインジウム解離防止層(0≦x≦
1)におけるAl組成と層厚の積に着目した。Alx G
a1-x Nインジウム解離防止層(0≦x≦1)のAl組
成と層厚がInx Ga1-x N成長層(0≦x≦1)層に
与える影響を調べるため、Alx Ga1-x Nインジウム
解離防止層(0≦x≦1))の組成と厚さをAl組成
0.1、厚さが25A(オングストローム)のAl0.1
Ga0.9 N層(試料1)、Al組成0.1、厚さが50
A(オングストローム)のAl0.1 Ga0.9 N層(試料
2)、Al組成0.1、厚さが100A(オングストロ
ーム)のAl0.1 Ga0.9 N層(試料3)とする3種類
の試料を作成した。
1)層に接して形成するAlx Ga1-x Nインジウム解
離防止層(0≦x≦1)の組成と厚さの最適な範囲につ
いて説明する。
略断面図である。図5に於いて、試料は、有機金属化学
気相成長法により、厚さ330μm の(11−20)
面を表面とするサファイア基板上101に、窒化ガリウ
ム低温バッファ層102、アンドープの厚さ1μm の
窒化ガリウム層501、基板温度650℃でアンドープ
の厚さ30A(オングストローム)のIn0.2 Ga0.8
N量子井戸層とアンドープの厚さ90A(オングストロ
ーム)の窒化ガリウム障壁層とからなる5周期の多重量
子井戸構造502、アンドープのAl0.1Ga0.9
Nインジウム解離防止層503を形成し、基板温度10
50℃に昇温した後、アンドープの厚さ0.1μm の
窒化ガリウム層504を形成した。
N層503の厚さが25A(オングストローム)の試料
1、図7はAl0.1 Ga0.9 N層503の厚さが50A
(オングストローム)の試料2、図8は、Al0.1 Ga
0.9 N層503の厚さが100A(オングストローム)
の試料3の室温に於けるpLスペクトルの測定結果であ
る。pLスペクトルの測定に於ける励起光源としては、
波長325Nm のHe−Cdレーザを用いた。
さ200A(オングストローム)、アルミニウム組成
0.2であるが、Alx Ga1-x Nインジウム解離防止
層(0≦x≦1)の厚さとアルミニウム組成の積を従来
例のAl0.2 Ga0.8 N層608より小さくしても、イ
ンジウムの解離を防止するという目的に支障がない場合
は、厚さとアルミニウム組成の積を小さくした方が不要
な格子歪がInGaN層に導入されないため望ましい。
トローム)程度以下になると、基板昇温時にGa原子が
Alx Ga1-x Nインジウム解離防止層(0≦x≦1)
から全て蒸発した場合に、単原子層未満の窒化アルミニ
ウム(AlN)しか残らないため、インジウムの解離を
防止するという目的に支障がある。したがって成長する
Alx Ga1-x Nインジウム解離防止層(0≦x≦1)
のAl組成と厚さの積の下限は2A(オングストロー
ム)より大きいことが望ましい。
たpLスペクトルの半値全幅は105meV 、図7に示
されたpLスペクトルの半値全幅は85meV 、図8に
示されたpLスペクトルの半値全幅は120meV であ
って、図7に比べ図6および図5に示されたpLスペク
トルの半値全幅が広くなる。
ら得られた、AL0.1 Ga0.9 Nインジウム解離防止層
の厚さとpLスペクトルの半値全幅の関係を示すグラフ
を図9に示す。窒化ガリウム系レーザのしきい値電流密
度と、その活性層の室温に於けるpLスペクトルの半値
全幅は密接な関係があり、しきい値電流密度を2kA/cm2
程度以下を実現するためには、その活性層の室温に於け
るpLスペクトルの半値全幅が120meV 程度以下で
あることが望ましい。Alx Ga1-x Nインジウム解離
防止層(0≦x≦1)のAl組成と層厚の積が大きくな
ると、不要な歪がInx Ga1-x N成長層(0≦x≦
1)に加わりpLスペクトルの半値全幅に影響を与える
ことになる。したがって、Alx Ga1-x Nインジウム
解離防止層(0≦x≦1)の厚さとアルミニウム組成の
積の上限は10A(オングストローム)より小さいこと
が望ましい。
いるAlx Ga1-x N層(0≦x≦1)の層数N、各層
の厚さdi (i=1,...,N)、各層のアルミニウ
ム組成xi (i=1,...,N)の関係が、次の
(1)式
合の層厚として60A(オングストローム)付近でpL
スペクトル半値全幅(meV )が最も小さくなるのはイ
ンジウムの蒸発防止と不要な歪の低減という2つのトレ
ードオフからもたらされるものである。
施例を説明する。
たインジウム解離防止層の組成と層厚の関係を適用して
形成された、本発明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、この窒化ガリウム系レーザ
は、(11−20)面を表面とするサファイア基板10
1上に、厚さ300A(オングストローム)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0.1μm のN型In
0.05Ga0.95Nクラック防止層104、珪素が添加され
た厚さ0.4μm のN型Al0.07Ga0.93N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が形成され、基板温度80
0℃で厚さ25A(オングストローム)のアンドープの
In0.2 Ga0.8 N量子井戸層と厚さ50A(オングス
トローム)のアンドープのIn0.05Ga0.95N障壁層か
らなる7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50A(オングストローム)の
p型Al0.1 Ga0.9 N層108が形成され、その後基
板温度1020℃で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Al0.07G
a0.93Nクラッド層110、マグネシウムが添加された
厚さ0.2μm のp型窒化ガリウムコンタクト層11
1が形成されている。p電極112には、ニッケル(第
1層)および金(第2層)を用い、N電極113には、
チタン(第1層)およびアルミニウム(第2層)を用い
ている。
層108の厚さとして50A(オングストローム)を、
アルミニウム組成として0.1を採用することにより、
Al0.1 Ga0.9 N層108により多重量子井戸構造活
性層107中のインジウムの解離を防止することと、A
l0.1 Ga0.9 N層108による多重量子井戸構造活性
層107の結晶性の悪化を最小限にとどめることを両立
させた。そのため、従来例1に示された従来のInGa
N層の結晶成長方法により活性層が形成された窒化ガリ
ウム系レーザに比べ、低い発振しきい値電流が実現され
る。
層の結晶成長方法を用いて発光層が形成された、本発明
の窒化ガリウム系発光ダイオードの概略断面図である。
図2に於いて、この窒化ガリウム系発光ダイオードは、
(0001)面を表面とするサファイア基板201上
に、厚さ250A(オングストローム)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4μm のN型窒化ガリウムコンタクト層10
3が形成され、基板温度800℃で珪素が添加された厚
さ200A(オングストローム)のIn0.2 Ga0.8 N
発光層207、厚さ25A(オングストローム)のアン
ドープのAl0.2 Ga0.8 N層208が形成され、基板
温度1020℃でマグネシウムが添加されたp型窒化ガ
リウムコンタクト層111が形成されている。p電極2
12には金、N電極213にはアルミニウムが用いられ
ている。
層208の厚さとして25A(オングストローム)を、
アルミニウム組成として0.2を採用することにより、
Al0.2 Ga0.8 N層208によりIn0.2 Ga0.8 N
発光層207中のインジウムの解離を防止することと、
Al0.2 Ga0.8 N層208によるIn0.2 Ga0.8N
発光層207の結晶性の悪化を最小限にとどめることを
両立させたため、従来例2に示された従来のInGaN
層の結晶成長方法により発光層が形成された窒化ガリウ
ム系発光ダイオードに比べ、設計値通りの発光波長およ
び狭い半値全幅の発光スペクトルが実現される。
層の結晶成長方法を用いて活性層が形成された、本発明
の窒化ガリウム系レーザの概略断面図である。図3に於
いて、この窒化ガリウム系レーザは、(11−20)面
を表面とするサファイア基板101上に、厚さ300A
(オングストローム)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0.1μm のN型In0.05Ga0.95Nクラッ
ク防止層104、珪素が添加された厚さ0.4μm の
N型Al0.07Ga0.93N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が形成され、基板温度800℃で、厚さ25A
(オングストローム)のアンドープのIn0.2 Ga0.8
N量子井戸層と厚さ50A(オングストローム)のアン
ドープのIn0.05Ga0.95N障壁層からなる7周期の多
重量子井戸構造活性層107が形成され、その後、基板
温度1020℃でマグネシウムが添加された厚さ50A
(オングストローム)のp型AlGaN層308、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Al0.07Ga0.93Nクラッド層11
0、マグネシウムが添加された厚さ0.2μm のp型
窒化ガリウムコンタクト層111が形成される。p電極
112には、ニッケル(第1層)および金(第2層)
を、N電極113には、チタン(第1層)およびアルミ
ニウム(第2層)が用いられている。
アルミニウム組成の複数の層からなっている。p型Al
GaN層308の詳細を示す概略断面図を図4に示す。
図4に於いて、 p型AlGaN層308は、マグネシ
ウムが添加された厚さ10A(オングストローム)のp
型Al0.05Ga0.95N層401、マグネシウムが添加さ
れた厚さ10A(オングストローム)のp型Al0.075
Ga0.925 N層402、マグネシウムが添加された厚さ
10A(オングストローム)のp型Al0.1 Ga0.9 N
層403、マグネシウムが添加された厚さ10A(オン
グストローム)のp型Al0.125 Ga0.875 N層40
4、マグネシウムが添加された厚さ10A(オングスト
ローム)のp型Al0.15Ga0.85N層405からなる。
を、アルミニウム組成が基板側から表面側にかけて増加
する、それぞれ厚さ10A(オングストローム)の5層
により構成することにより、前記AlGaN層308に
より多重量子井戸構造活性層107中のインジウムの解
離を防止することと、前記AlGaN層308による多
重量子井戸構造活性層107の結晶性の悪化を最小限に
とどめることを両立させた。そのため、実施例1に示さ
れた本発明のInGaN層の結晶成長方法により活性層
が形成された窒化ガリウム系レーザに比べても、さらに
低い発振しきい値電流が実現される。
ガリウム系レーザ及び実施例2に記載の窒化ガリウム系
発光ダイオードは、(11−20)面を表面とするサフ
ァイア基板上に形成されているが、(0001)面を表
面とするサファイア基板上に形成しても、本発明の実施
に支障はない。
リウム系発光素子は、(0001)面または(11−2
0)面を表面とするサファイア基板上に形成しなくと
も、例えば炭化珪素基板あるいはMgAl2 O4 基板あ
るいは窒化ガリウム基板あるいは(0001)面および
(11−20)面以外の面を表面とするサファイア基板
といった他の基板上に形成した場合も、本発明の実施に
支障はない。
た構造の窒化ガリウム系発光素子に限られるものではな
く、各層の層厚や各層の組成や各層のドーピング濃度や
電極材料などの様々な組み合わせの窒化ガリウム系発光
素子に於いて支障はない。
Ga1-x N層(0≦x≦1)は、上記実施例1および実
施例3に示されたようなマグネシウムが添加されたp
型、あるいは上記実施例2に示されたようなアンドープ
である必要はなく、珪素などが添加されたN型であって
も、本発明の実施に支障はない。
Ga1-x N層(0≦x≦1)は、アルミニウム組成の異
なる複数の層からなっていても、たとえそれが上記実施
例3に示されたようなアルミニウム組成が基板側から表
面側にかけて増加するものでなくとも、実施例1に示さ
れた窒化ガリウム系レーザの単層のAlx Ga1-x N層
(0≦x≦1)と同等の効果はある。また実施例2にも
適用可能である。
n Al0.2 Ga0.8 N on GaNのような多層膜
のインジウム解離層では各Al組成と膜厚を考慮し、か
つ、600℃以上900℃以下の比較的低温で多層膜を
成長しておけばよい。
長層(0≦x≦1)を活性層または発光層とした場合に
ついて記載したが、これに限られるものではない。
≦1)を少なくとも一層含む、一層または複数層のIn
x Ga1-x N成長層(0≦x≦1)を有する窒化ガリウ
ム系半導体層において、基板温度が900℃以上になっ
ても、インジウムの解離を防止することができ、かつ、
Inx Ga1-x N成長層(0≦x≦1)の結晶性の悪化
を最小限にとどめることができる。
(0≦x≦1)を形成できるため、しきい値電流などの
特性の良い発光素子を提供するができる。
結晶成長方法を用いて活性層が形成された、本発明の窒
化ガリウム系レーザの概略断面図である。
結晶成長方法を用いて発光層が形成された、本発明の窒
化ガリウム系発光ダイオードの概略断面図である。
結晶成長方法を用いて活性層が形成された、本発明の窒
化ガリウム系レーザの概略断面図である。
のAlGaNインジウム解離防止層の概略断面図であ
る。
フである。
フである。
フである。
ジウム解離防止層の厚さとpLスペクトルの半値全幅の
関係を示すグラフである。
概略断面図である。
オードの概略断面図である。
Claims (5)
- 【請求項1】InGaN層を含む窒化ガリウム系半導体
層の結晶成長方法であって、基板温度600℃以上90
0℃以下でInx Ga1-xN層(0<x≦1)を少なく
とも一層含む、一層または複数層のInx Ga1-x N層
(0≦x≦1)を形成する工程と、前記工程と連続して
基板温度600℃以上900℃以下でAlx Ga1-xN
層(0<x≦1)を少なくとも一層含む、一層または複
数層のAlx Ga1-xN層(0≦x≦1)を形成する工
程と、基板温度を900℃以上にする工程とを、前記順
序で少なくとも含み、かつ、前記Alx Ga1-x N層
(0≦x≦1)の層数N、各層の厚さdi (i=
1,...,N)、各層のアルミニウム組成xi(i=
1,...,N)の間に、 【数1】 なる関係が満たされ、前記Al x Ga 1-x N層(0≦x
≦1)が複数の層からなり、かつ、前記複数層のAl x
Ga 1-x N層(0≦x≦1)のアルミニウム組成が基板
側から表面側にかけて増加することを特徴とする窒化ガ
リウム系半導体層の結晶成長方法。 - 【請求項2】InGaN層を含む窒化ガリウム系発光素
子の製造方法であって、基板温度600℃以上900℃
以下でInx Ga1-x N層(0<x≦1)を少なくとも
一層含む、一層または複数層のInx Ga1-x N層(0
≦x≦1)を形成する工程と、前記工程と連続して基板
温度600℃以上900℃以下でAlx Ga1-x N層
(0<x≦1)を少なくとも一層含む、一層または複数
層のAlx Ga1-x N層(0≦x≦1)を形成する工程
と、基板温度を900℃以上にする工程とを、前記順序
で少なくとも含み、かつ、前記Alx Ga1-x N層(0
≦x≦1)の層数N、各層の厚さdi (i=
1,...,N)、各層のアルミニウム組成xi (i=
1,...,N)の間に、 【数2】 なる関係が満たされ、前記Al x Ga 1-x N層(0≦x
≦1)が複数の層からなり、かつ、前記複数層のAl x
Ga 1-x N層(0≦x≦1)のアルミニウム組成が基板
側から表面側にかけて増加することを特徴とする窒化ガ
リウム系発光素子の製造方法。 - 【請求項3】請求項2記載の窒化ガリウム系発光素子の
製造方法であって、前記Inx Ga1-x N層(0≦x≦
1)は活性層または発光層であることを特徴とする窒化
ガリウム系発光素子の製造方法。 - 【請求項4】基板上と、前記基板上に基板温度600℃
以上900℃以下で成長したInxGa1-x N層(0<
x≦1)を少なくとも一層含む、一層または複数層のI
nxGa1-x N層(0≦x≦1)と、前記Inx Ga1-x
N層(0≦x≦1)に続いて基板温度600℃以上9
00℃以下でAlx Ga1-x N層(0<x≦1)を少な
くとも一層含む、一層または複数層のAlx Ga1-x N
層(0≦x≦1)を成長した後に基板温度を900℃以
上にして形成したAlx Ga1-x N層(0<x≦1)と
を有し、前記Alx Ga1-x N層(0≦x≦1)の層数
N、各層の厚さdi (i=1,...,N)、各層のア
ルミニウム組成xi (i=1,...,N)の間に、 【数3】 なる関係が満たされ、前記Al x Ga 1-x N層(0≦x
≦1)が複数の層からなり、かつ、前記複数層のAlx
Ga1-x N層(0≦x≦1)のアルミニウム組成が基板
側から表面側にかけて増加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】請求項4記載の窒化ガリウム系発光素子で
あって、前記Inx Ga1-x N層(0≦x≦1)活性層
または発光層であることを特徴とする窒化ガリウム系発
光素子。
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1997
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