JP3387491B2 - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
- Publication number
- JP3387491B2 JP3387491B2 JP2001306429A JP2001306429A JP3387491B2 JP 3387491 B2 JP3387491 B2 JP 3387491B2 JP 2001306429 A JP2001306429 A JP 2001306429A JP 2001306429 A JP2001306429 A JP 2001306429A JP 3387491 B2 JP3387491 B2 JP 3387491B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- gan
- light emitting
- semiconductor light
- emitting device
- 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
する。特に、III−V族化合物のGaN、InGaN、
GaAlN、InGaAlN等を用いた半導体発光素子
に関する。 【0002】 【従来の技術】青色光ないし紫外線を発生する発光ダイ
オード(LED)やレーザーダイオード(LD)等の半
導体発光素子の材料としては、一般式InxGayAlz
N(ただし、x+y+z=1、0≦x≦1、0≦y≦
1、0≦z≦1)で表わされるIII−V族化合物半導体
が知られている。この化合物半導体は、直接遷移型であ
ることから発光効率が高く、また、In濃度によって発
光波長を制御できることから、発光素子用材料として注
目されている。 【0003】このInxGayAlzNは大型の単結晶を
作製することが困難であるため、その結晶膜の製作にあ
たっては、異なる材料の基板上に成長させる、いわゆる
ヘテロエピタキシャル成長法が用いられており、一般に
はC面サファイア基板の上で成長させられる。しかし、
C面サファイア基板は高価であり、そのうえ大きな格子
不整合があり、成長した結晶中には転移密度108/c
m2〜1011/cm2という多数の結晶欠陥が生じてしま
い、結晶性に優れた良質の結晶膜を得ることができない
という問題があった。 【0004】そこで、C面サファイア基板上にInxG
ayAlzNを成長させる際の格子不整合を小さくし、欠
陥の少ない結晶を得るため、C面サファイア基板の上に
多結晶又は非晶質のAlNバッファ層や低温成長GaN
バッファ層を設ける方法が提案されている。例えば、六
方晶系のGaNのa軸方向の格子定数(以下、格子定数
aという)が3.189Åであるのに対し、AlNの格
子定数aは3.1113ÅであってGaNに近い格子定
数を有しているので、この方法によれば、C面サファイ
ア基板とバッファ層の間の格子不整合を小さくできると
共にバッファ層とInxGayAlzNの格子不整合も小
さくできるので、欠陥の少ない結晶膜を得ることができ
る。しかし、この方法では、高価なC面サファイア基板
に加え、構造が複雑になることからいっそうコスト高に
なるという問題があった。 【0005】また、基板としてSiC基板も検討されて
おり、SiC基板では格子不整合が小さい。しかし、S
iC基板は、C面サファイア基板と比較してもより高価
につく(C面サファイア基板の価格の10倍程度)とい
う欠点があった。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の技術的
問題点を解決するためになされたものであり、その目的
とするところは、安価な水晶基板を用いてその上に良質
なInxGayAlzN薄膜を形成することにある。 【0007】 【発明の開示】本発明の半導体発光素子は、InxGay
AlzN(ただし、x+y+z=1、0≦x≦1、0≦
y≦1、0≦z≦1)で表わされる化合物半導体を用い
た半導体発光素子において、Zカット水晶基板の上方に
InxGayAlzN層を形成したことを特徴としてい
る。 【0008】水晶基板の[1000]方向における格子
定数aに対するInxGayAlzNの[1000]方向
における格子定数aの比(すなわち、各[1000]方
向の格子定数aの比)と、水晶基板の(101*0)の
距離に対するInxGayAlzNの(101*0)の距離
の比(すなわち、各[101*0]方向における(10
1*0)の距離の比)とは互いにほぼ等しい整数比とな
っているから、Zカット水晶基板上にInxGayAlz
N層を形成すれば、水晶基板上にInxGayAlzNを
c軸配向させることができ、格子不整合の小さな良質の
InxGayAlzN層を得ることができる。 【0009】なお、この明細書及び図面の全体を通じ
て、右肩の記号*は、結晶軸の負の方向を示している。
従って、通常の記法によれば、例えば[101*0]、
[112*0]、(101*0)は、次の(1)〜(3)式のよ
うに書くことができる。 【0010】 【数1】 【0011】したがって、Zカット水晶基板を用いれ
ば、安価な水晶基板の上にInxGayAlzN層を形成
することが可能になり、青色光や紫外線を出射する発光
ダイオードやレーザーダイオード等の半導体発光素子を
安価に製造することができる。 【0012】また、本発明の半導体発光素子は、Inx
GayAlzN(ただし、x+y+z=1、0≦x≦1、
0≦y≦1、0≦z≦1)で表わされる化合物半導体を
用いた半導体発光素子において、Zカット水晶基板の上
にZnO薄膜又はAlN薄膜を形成し、当該薄膜の上に
InxGayAlzN層を形成したことを特徴としてい
る。 【0013】この半導体発光装置にあっては、Zカット
水晶基板の上にバッファ層としてZnO薄膜又はAlN
薄膜を形成しているので、その上に形成されるInxG
ayAlzN層の格子不整合をよりいっそう小さくするこ
とができる。よって、青色光や紫外線を出射する、より
いっそう良質な発光ダイオードやレーザーダイオード等
の半導体発光素子を製造することができる。 【0014】 【発明の実施の形態】(第1の実施形態)図1は本発明
の一実施形態による半導体発光素子1であって、InG
aN層5を発光層とする発光ダイオードや面発光型レー
ザーダイオード等を表わしている。この半導体発光素子
1は、Zカット水晶基板2の上に六方晶系のn−GaN
薄膜3を形成し、n−GaN層3の上にn−AlGaN
層4、InGaN層5、p−AlGaN層6、p−Ga
N層7を順次成長させている。n−AlGaN層4、I
nGaN層5、p−AlGaN層6及びGaN層7をエ
ッチングすることによりn−GaN層3を一部露出さ
せ、p−GaN層7の上面に上部電極8を設け、n−G
aN層3の上面に下部電極9を形成している。しかし
て、p−AlGaN層6に設けられた上部電極8とn−
GaN層3に設けられた下部電極9との間に直流電圧を
印加すると、上部電極8と下部電極9の間に電流が流
れ、上部電極8からInGaN層5に電流が注入されて
発光し、InGaN層5から出た光はp−GaN層7の
上面の上部電極8が設けられていない領域から外部へ出
射される。 【0015】ここで、Zカット水晶基板とGaNとの格
子定数と面間隔について述べる。図2(b)に示すよう
に、六方晶系のGaN薄膜の[1000]方向の格子定
数aと[0100]方向の格子定数b(b軸方向の格子
定数)は、a=b=3.1860Åで、[101*0]方
向の長さmと[112*0]方向の長さnは、それぞれ
m=2.7592Å、n=1.5930Åである。また、
三方晶系の水晶は、六方晶と同じように六回対称軸をも
ち、図2(a)に示すように六方晶系と同じように表わ
されるため、ここでの方位のとり方も六方晶系と同じ表
わし方をする。Zカット水晶の[1000]方向の格子
定数A(a軸方向の格子定数)と[0100]方向の格
子定数B(b軸方向の格子定数)は、A=B=4.91
31Å、[101*0]方向の長さMと[112*0]方
向の長さNはそれぞれM=4.2549Å、N=2.45
66Åである。よって、[1000]方向及び[010
0]方向においては、Zカット水晶基板の格子定数Aと
GaNの格子定数aの比は、小さな整数比でほぼA:a
=3:2で表され、(101*0)の距離と(112*
0)の距離についても、Zカット水晶基板の格子定数B
とGaNの格子定数bの比は、同じくほぼB:b=3:
2で表される。言い換えると、六方晶系のGaN薄膜の
(2000)の距離(矢印の長さ:a/2)は1.59
30Å、Zカット水晶基板2の(3000)の距離(矢
印の長さ:A/3)における格子定数は1.6377Å
と、ほぼ等しくなる。同様に、六方晶系のGaN薄膜の
(202*0)の距離(矢印の長さ:m/2)は1.37
95Å、Zカット水晶基板2の(303*0)の距離
(矢印の長さ:M/3)は1.4183Åと、ほぼ等し
くなる。また、GaNの(224*0)の距離(矢印の
長さ:n/2)は0.7965Å、Zカット水晶の(3
36*0)の距離(矢印の長さ:N/3)は0.8189
Åとほぼ等しくなる。したがって、Zカット水晶基板の
(3000)の距離とGaN薄膜の(2000)の距離
とは、3%以内で一致する。また、Zカット水晶基板の
(303*0)の距離とGaN薄膜の(202*0)の距
離も、3%以内で一致する。さらに、GaNの(224
*0)の距離とZカット水晶基板の(336*0)の距離
も3%以内で一致する。 【0016】従って、Zカット水晶基板2のZ面上にc
軸配向の六方晶系GaN薄膜を成長させることにより、
図3に示すように良質な結晶性のn−GaN層3を得る
ことができる。そして、このいずれかのn−GaN層3
の上にn−AlGaN層4、InGaN層5、p−Al
GaN層6、p−GaN層7を成長させることにより、
安価な水晶基板2を用いて効率のよい青色ダイオードや
紫外線ダイオード等の半導体発光素子1を製造すること
が可能になる。 【0017】(第2の実施形態)図4に示すものは本発
明の別な実施形態による半導体発光素子11を示す断面
図である。この半導体発光素子11にあっては、Zカッ
ト水晶基板2の上にZnO膜12を形成し、ZnO膜1
2の上にn−GaN層3、n−AlGaN層4、InG
aN層5、p−AlGaN層6、p−GaN層7を順次
成長させている。さらに、n−AlGaN層4、InG
aN層5、p−AlGaN層6及びp−GaN層7をエ
ッチングすることによりn−GaN層3を一部露出さ
せ、p−GaN層7の上面に上部電極8を設け、n−G
aN層3の上面に下部電極9を形成している(あるい
は、ZnO膜12を不純物ドープにより低抵抗化し、Z
nO膜12の上に下部電極9を形成してもよい)。 【0018】六方晶系のZnO膜12の格子定数aは
3.24265ÅでGaNの格子定数(a定数:3.18
6Å)に近いので、Zカット水晶基板2の上にバッファ
層としてZnO膜12を形成することにより、よりいっ
そう良好なn−GaN層3を形成することができ、より
良好な青色ないし紫外線ダイオード等の発光素子11を
製造することができる。 【0019】(第3の実施形態)図5に示すものは本発
明のさらに別な実施形態による半導体発光素子13を示
す断面図である。この半導体発光素子13にあっては、
Zカット水晶基板2の上にAlN膜14を形成し、Al
N膜14の上にn−GaN層3、n−AlGaN層4、
InGaN層5、p−AlGaN層6、p−GaN層7
を順次成長させている。さらに、n−AlGaN層4、
InGaN層5、p−AlGaN層6及びp−GaN層
7をエッチングすることによりn−GaN層3を一部露
出させ、p−GaN層7の上面に上部電極8を設け、n
−GaN層3の上面に下部電極9を形成している(ある
いは、AlN膜14を不純物ドープにより低抵抗化し、
AlN膜14の上に下部電極9を形成してもよい)。 【0020】AlN膜14の格子定数は3.1113Å
でGaNの格子定数(a定数:3.186Å)に近いの
で、Zカット水晶基板2の上にバッファ層としてAlN
膜14を形成することにより、よりいっそう良好なn−
GaN層3を形成することができ、より良好な青色ない
し紫外線ダイオード等の発光素子13を製造することが
できる。 【0021】なお、上記各実施形態では、面発光型の発
光素子を図示したが、レーザーダイオードや端面出射型
の発光ダイオードにも本発明を適用できることはいうま
でもない。
す断面図である。 【図2】(a)はZカット水晶基板の単位格子を示す
図、(b)はGaNの単位格子を示す図である。 【図3】Zカット水晶基板の上に成長したGaNの結晶
構造を示す図である。 【図4】本発明の別な実施形態による半導体発光素子を
示す断面図である。 【図5】本発明のさらに別な実施形態による半導体発光
素子を示す断面図である。 【符号の説明】 2 Zカット水晶基板 3 n−GaN層 5 InGaN層(発光層) 12 ZnO膜 14 AlN膜
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 InxGayAlzN(ただし、x+y+
z=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)で表わ
される化合物半導体を用いた半導体発光素子において、
Zカット水晶基板の上にZnO薄膜又はAlN薄膜を形
成し、当該薄膜の上にInxGayAlzN層を形成した
ことを特徴とする半導体発光素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001306429A JP3387491B2 (ja) | 2001-10-02 | 2001-10-02 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001306429A JP3387491B2 (ja) | 2001-10-02 | 2001-10-02 | 半導体発光素子 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP23059998A Division JP3289682B2 (ja) | 1998-08-17 | 1998-08-17 | 半導体発光素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002185042A JP2002185042A (ja) | 2002-06-28 |
JP3387491B2 true JP3387491B2 (ja) | 2003-03-17 |
Family
ID=19126069
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001306429A Expired - Fee Related JP3387491B2 (ja) | 2001-10-02 | 2001-10-02 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3387491B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101011757B1 (ko) | 2010-04-09 | 2011-02-07 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광 소자, 발광 소자의 제조방법 및 발광 소자 패키지 |
-
2001
- 2001-10-02 JP JP2001306429A patent/JP3387491B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2002185042A (ja) | 2002-06-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20080191191A1 (en) | Light Emitting Diode of a Nanorod Array Structure Having a Nitride-Based Multi Quantum Well | |
US20070187704A1 (en) | Semiconductor light emitting element, manufacturing method thereof, integrated semiconductor light emitting device, manufacturing method thereof, image display device, manufacturing method thereof, illuminating device and manufacturing method thereof | |
JP3534227B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
JP2006013467A (ja) | 窒化ガリウム系半導体積層構造体、その製造方法、及びそれを用いた化合物半導体素子、発光素子 | |
JP3289682B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
JPH05110139A (ja) | 窒化ガリウムアルミニウム半導体の結晶成長方法。 | |
JP5388967B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
JP2713095B2 (ja) | 半導体発光素子およびその製造方法 | |
JP4530234B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
JP2713094B2 (ja) | 半導体発光素子およびその製造方法 | |
JP2003309071A (ja) | GaN系半導体結晶基材 | |
JP2004048076A (ja) | 半導体素子およびその製造方法 | |
JP4960621B2 (ja) | 窒化物半導体成長基板及びその製造方法 | |
JPH11145515A (ja) | GaN系半導体発光素子およびその製造方法 | |
JPH05110138A (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体の結晶成長方法およびその素子。 | |
JP3387491B2 (ja) | 半導体発光素子 | |
JPH09116130A (ja) | 3−5族化合物半導体とその製造方法および発光素子 | |
JP2007214378A (ja) | 窒化物系半導体素子 | |
JP4583523B2 (ja) | Iii−v族窒化物半導体発光素子及びその製造方法 | |
JPH0923026A (ja) | 3−5族化合物半導体発光素子 | |
JPH08306958A (ja) | 半導体装置 | |
JP2006024903A (ja) | 窒化ガリウム系半導体積層構造体 | |
JP2006120856A (ja) | 半導体発光素子の製造方法 | |
JPH09148626A (ja) | 3−5族化合物半導体の製造方法 | |
JP4099107B2 (ja) | 半導体装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090110 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090110 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100110 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110110 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110110 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120110 Year of fee payment: 9 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |