JP3347002B2 - 半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
半導体発光素子の製造方法Info
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Description
製造方法に係わり、特にGaN系の半導体発光素子の製
造方法に関する。
の光源には、GaN系の半導体発光素子が多く用いられ
る。GaN系のダブルヘテロ型半導体発光素子は、従来
は次のような方法で製造されていた。図3にそれぞれの
成長層をMOCVD(METAL ORGANIC CHEMICAL VAPOR D
EPOSITION )法を用いて形成する工程における温度の変
化を示し、図4に工程別の素子の縦断面を示す。
昇温し、サファイア(Al2 O3 )(101)基板に対
してアニール処理を施し、基板表面のクリーニングを行
う。図3のように摂氏530度まで降温し、図4(a)
のように基板111の表面上に、膜厚0.3μmのGa
Nバッファ層112を成長させる。
0度まで昇温し、図4(b)のように膜厚4μmのn型
GaN層113を成長させる。さらに、n型GaN層1
13上に膜厚0.15μmのn型Als Ga1-s N層1
14(0≦s≦1)を成長させる。
温度である摂氏800度まで降温し、図4(c)のよう
に膜厚0.05μmののInt Ga1-t N層115(0
≦t≦1)を成長させる。
成長温度である摂氏1050度まで昇温し、図4(d)
のように膜厚0.15μmのp型Als Ga1-s N層1
16(0≦s≦1)を成長させ、さらに膜厚0.2μm
のp型オーミックコンタクト層117を成長させる。
にGaN系の複数の成長層を順次形成していく場合、各
層毎に最適な成長温度が異なっている。従って、温度の
昇降並びに基板の温度が安定するまでに時間を要してい
た。例えば、図3において、n型AlGaN層114の
成長後、InGaN層115を成長させるために降温
し、InGaN層115の成長後、p型AlGaN層を
成長させるために昇温するが、この昇降温に合計で約2
0分を要していた。この結果、他のIII-V 族化合物半導
体で同様な膜厚の素子を製造する場合には約3.5時間
で足りるが、上記GaN系の素子では約5時間必要であ
り、スループットが低いという問題があった。
していた時間を削減し、スループットを向上させること
が可能な半導体発光素子の製造方法を提供することを目
的とする。
GaN系の複数の半導体層を成長させる半導体発光素子
の製造方法であって、前記基板の表面上に、所定温度で
バッファ層を成長させる工程と、前記半導体層のうち、
前記バッファ層以外の半導体層のなかで、成長温度が最
も低い半導体層の成長温度に設定し、この成長温度が最
も低い半導体層を成長させる工程と、前記成長温度を維
持し、前記半導体層のうち、前記バッファ層及び前記成
長温度が最も低い半導体層以外の半導体層を、それぞれ
のバンドギャップエネルギより所定値以上高いエネルギ
を有する光を照射した状態で成長させる工程とを備える
ことを特徴とする。
に、第1の所定温度でGaNを含むバッファ層を成長さ
せる工程と、前記バッファ層の表面上に、InGaN層
の成長温度に対応する第2の所定温度で、第1のエネル
ギを有する光を照射した状態でn型GaN層を成長させ
る工程と、前記n型GaN層の表面上に、前記第2の所
定温度で、第2のエネルギを有する光を照射した状態で
n型AlGaN層を成長させる工程と、前記n型AlG
aN層の表面上に、前記第2の所定温度でInGaN層
を成長させる工程と、前記InGaN層の表面上に、前
記第2の所定温度で、第2のエネルギを有する光を照射
した状態でp型AlGaN層を成長させる工程と、前記
p型AlGaN層の表面上に、前記第2の所定温度で、
第1のエネルギを有する光を照射した状態でp型GaN
層を成長させる工程とを備えている。
度から摂氏950度の範囲にあり、前記第1のエネルギ
は3.9eV以上で、前記第2のエネルギは4.2eV
以上であるのが望ましい。
SiO基板、又はZnO基板のいずれかを用いることが
できる。
いて図面を参照して説明する。
いて、各半導体層を成長させる工程における成長温度を
示し、図2に同製造方法を工程別に表す素子の縦断面を
示す。図1に示されたように、摂氏1000度まで昇温
してアニール処理を行い、サファイア基板(101)1
1の表面をクリーニングする。図1のように摂氏530
度まで降温し、図2(a)に示されたようにサファイア
基板11の表面に40nmの膜厚でGaNバッファ層1
2を成長させる。この後、図1のように摂氏800度ま
で昇温する。この温度は、GaNバッファ層12を除く
各成長層の最適な成長温度のうち、最も低いInGaN
層の成長温度に相当する。
ように、3.9eV以上のエネルギを持つ光を照射した
状態で、GaNバッファ層12上にSiをドープしたn
型GaN層13を、膜厚4.2μmで成長させる。この
3.9eVというエネルギの値は、GaN層のバンドギ
ャップエネルギの3.4eVに0.5eVを加算したも
のに相当する。光は、例えば水銀ランプ、キセノンラン
プ等を用いてもよく、あるいは半導体レーザ、ガスレー
ザによるものであってもよい。さらにGaNバッファ層
12上に、同じ成長温度を維持し4.2eVのエネルギ
の光を照射した状態で、膜厚0.15μmのAl0.15G
a0.85N層14を成長させる。この4,2eVという値
は、AlGaN層のバンドギャップエネルギの3.7e
Vに0.5eVを加算したものである。
た状態で、図2(c)のようにZnをドープした膜厚
0.05μmのIn0.06Ga0.94N層15を成長させ
る。
eVの光を照射した状態で、Mgをドープした膜厚0.
15μmのAl0.15Ga0.85N層16を成長させる。さ
らに、3.9eVの光を照射しながらMgをドープした
膜厚0.3μmのGaN層17を順次成長させる。
適な成長温度よりも低い温度であっても、当該成長層の
バンドギャップより0.5eV以上のエネルギを有する
光を照射することで、光を照射せずに最適な温度で成長
させたときと同等な良質の結晶が得られることに着目
し、バッファ層を除く他の成長層のうち最も低い最適な
成長温度で一定とし、温度の昇降を行わない点に特徴が
ある。これにより製造時間が短縮化され、スループット
が向上する。
明を限定するものではない。例えば、上記実施の形態で
は、InGaN活性層15の両面に、Alを含むn型A
l0. 15Ga0.85N層14とp型Al0.15Ga0.85N層1
6とを形成するため、これらの層のバンドギャップであ
る3.7eVよりも0.5eV高い4.2eV以上のエ
ネルギを有する光を照射して成長させている。しかし、
Alを含まないn型GaN層とp型GaN層とをInG
aN活性層15の両側に形成してもよい。この場合は、
これらの層のバンドギャップエネルギが3.4eVであ
るため、0.5eV加えた3.9eV以上のエネルギを
有する光を照射して成長させればよい。また、上記実施
の形態ではサファイア基板を用いているが、GaN系の
層を結晶成長させることが可能な基板であれば他のもの
であってもよく、例えばSi0基板、ZnO基板を用い
てもよい。
Als Ga1-s N層のsの値は0.15で、Int Ga
1-t 層のtの値は0.06であるが、これに限定され
ず、それぞれ0≦s≦1、0≦t≦1の範囲にあればよ
い。
光素子の製造方法によれば、GaN系の複数の層を成長
させる際に、各層の最適な成長温度となるように温度を
昇降させるのではなく、バッファ層を除いた層のうち最
も成長温度の低い層の成長温度で一定とし、成長温度が
高い層を成長させるときには、その層のバンドギャップ
エネルギよりも高いエネルギを有する光を照射すること
により、昇降温に要していた時間を短縮することがで
き、スループットを向上させることが可能である。
方法において、各層を成長させるときの温度を示した説
明図。
素子の縦断面を示した断面図。
成長させるときの温度を示した説明図。
素子の縦断面を示した断面図。
Claims (4)
- 【請求項1】基板の表面に、GaN系の複数の半導体層
を成長させる半導体発光素子の製造方法において、 前記基板の表面上に、所定温度でバッファ層を成長させ
る工程と、 前記半導体層のうち、前記バッファ層以外の半導体層の
なかで、成長温度が最も低い半導体層の成長温度に設定
し、この成長温度が最も低い半導体層を成長させる工程
と、 前記成長温度を維持し、前記半導体層のうち、前記バッ
ファ層及び前記成長温度が最も低い半導体層以外の半導
体層を、それぞれのバンドギャップエネルギより所定値
以上高いエネルギを有する光を照射した状態で成長させ
る工程と、 を備えることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項2】基板の表面上に、第1の所定温度でGaN
を含むバッファ層を成長させる工程と、 前記バッファ層の表面上に、InGaN層の成長温度に
対応する第2の所定温度で、第1のエネルギを有する光
を照射した状態でn型GaN層を成長させる工程と、 前記n型GaN層の表面上に、前記第2の所定温度で、
第2のエネルギを有する光を照射した状態でn型AlG
aN層を成長させる工程と、 前記n型AlGaN層の表面上に、前記第2の所定温度
でInGaN層を成長させる工程と、 前記InGaN層の表面上に、前記第2の所定温度で、
第2のエネルギを有する光を照射した状態でp型AlG
aN層を成長させる工程と、 前記p型AlGaN層の表面上に、前記第2の所定温度
で、第1のエネルギを有する光を照射した状態でp型G
aN層を成長させる工程と、 を備えることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項3】前記第2の所定温度は摂氏700度から摂
氏950度の範囲にあり、前記第1のエネルギは3.9
eV以上で、前記第2のエネルギは4.2eV以上であ
ることを特徴とする請求項2記載の半導体発光素子の製
造方法。 - 【請求項4】前記基板は、Al2 O3 基板、SiO基
板、又はZnO基板のいずれかであることを特徴とする
請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体発光素子の製
造方法。
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JP29664696A JP3347002B2 (ja) | 1996-11-08 | 1996-11-08 | 半導体発光素子の製造方法 |
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JPH10144959A JPH10144959A (ja) | 1998-05-29 |
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JP29664696A Expired - Fee Related JP3347002B2 (ja) | 1996-11-08 | 1996-11-08 | 半導体発光素子の製造方法 |
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- 1996-11-08 JP JP29664696A patent/JP3347002B2/ja not_active Expired - Fee Related
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