JP3491373B2 - Light emitting element, light emitting diode and laser diode - Google Patents

Light emitting element, light emitting diode and laser diode

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JP3491373B2
JP3491373B2 JP06940195A JP6940195A JP3491373B2 JP 3491373 B2 JP3491373 B2 JP 3491373B2 JP 06940195 A JP06940195 A JP 06940195A JP 6940195 A JP6940195 A JP 6940195A JP 3491373 B2 JP3491373 B2 JP 3491373B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は例えば高密度光ディスク
の読み取り装置などに用いられる、III-V窒化物を
用いた発光ダイオードやレーザダイオードなどの短波長
の発光素子に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a short wavelength light emitting device such as a light emitting diode or a laser diode using III-V nitride, which is used in, for example, a reader for a high density optical disk.

【0002】[0002]

【従来の技術】ウルツ鉱型結晶構造を持つIII-V族
窒化物は、広い禁制帯幅を有する直接遷移型の半導体で
あるため、短波長の発光素子材料として注目されてい
る。特に窒化ガリウム(GaN)およびその混晶は古くか
ら活発に研究されてきた。最近窒化ガリウム系化合物半
導体を用いた青色および青緑色LED(発光ダイオード)
が実用化され、次の段階として高密度光ディスクの読み
取り装置などに使用される短波長LD(レーザダイオー
ド)の実用化が期待されている。ウルツ鉱型結晶構造を
持つIII-V族窒化物としては、GaN、AlN(窒化アル
ミニウム)、InN(窒化インジウム)BN(窒化ホウ素)
など、およびこれらの混晶があり、物質の違いや混晶の
組成比を変化させることにより禁制帯幅を変化させるこ
とができる。
2. Description of the Related Art A III-V group nitride having a wurtzite crystal structure is a direct transition type semiconductor having a wide forbidden band, and thus has been attracting attention as a light emitting device material having a short wavelength. In particular, gallium nitride (GaN) and its mixed crystals have been actively studied for a long time. Recently, blue and blue-green LEDs (light emitting diodes) using gallium nitride compound semiconductors
Is expected to be put into practical use, and the next step is expected to be the practical application of short-wavelength LDs (laser diodes) used in readers for high-density optical discs. III-V group nitrides having a wurtzite crystal structure include GaN, AlN (aluminum nitride), InN (indium nitride) BN (boron nitride)
Etc., and mixed crystals of these, and the band gap can be changed by changing the difference in the substance or the composition ratio of the mixed crystals.

【0003】LEDやLDなどの発光素子に使用する場合に
は基板上にこれらの物質の単結晶膜を成長させる必要が
あるが、前記したIII-V族窒化物は基板となる大型
の単結晶を合成することができないため、異種基板上に
単結晶膜を成長させるヘテロエピタキシャル成長が用い
られている。従来これらの物質のヘテロエピタキシャル
成長の基板としては、サファイア単結晶のC面((00
01)面)、Si単結晶の(111)面、6H-SiC単結晶の
(0001)面などが用いられてきた。これらの中でも
サファイア単結晶は結晶性の良好な窒化ガリウム系化合
物半導体の単結晶膜を成長することが可能であり、比較
的安価なため、最も一般的に用いられている。
When used in a light emitting device such as an LED or LD, it is necessary to grow a single crystal film of these substances on a substrate. The above-mentioned III-V group nitride is a large single crystal used as a substrate. Therefore, heteroepitaxial growth in which a single crystal film is grown on a heterogeneous substrate is used. Conventionally, as a substrate for heteroepitaxial growth of these materials, the C-plane ((00
(01) plane), (111) plane of Si single crystal, (0001) plane of 6H—SiC single crystal, etc. have been used. Among these, sapphire single crystal is the most commonly used because it can grow a single crystal film of a gallium nitride-based compound semiconductor having good crystallinity and is relatively inexpensive.

【0004】LDはGaAs系化合物半導体やInP系化合物半
導体を用いた赤色発光のものが実用化されており、その
他ZnSe系化合物半導体を用いた青色発光のものが研究段
階にあるが、III-V族窒化物を用いたLDに関する報
告はない。発光素子特にLDは発光時の発熱量が大きなた
め、熱の放散性を良くするために熱伝導率の大きな基板
を用いることが望ましい。しかしながら発光素子用半導
体材料の単結晶膜を結晶成長可能な基板は熱伝導率が十
分大きくないため、高出力や温度安定性の要求されるも
のでは通常ダイヤモンド単結晶のヒートシンクにボンデ
ィングして用いられている。
A red light emitting diode using a GaAs compound semiconductor or an InP compound semiconductor has been put into practical use as an LD, and a blue light emitting diode using a ZnSe compound semiconductor is in the research stage. There are no reports on LDs using group nitrides. Since a light emitting element, especially an LD, generates a large amount of heat when emitting light, it is desirable to use a substrate having a large thermal conductivity in order to improve heat dissipation. However, a substrate on which a single crystal film of a semiconductor material for a light emitting device can be crystal-grown does not have sufficiently high thermal conductivity. ing.

【0005】熱伝導率の大きな材料の基板上に半導体材
料を成長させた例としては、特開昭64-42813号公報に示
されるようにダイヤモンド単結晶基板上に半導体の単結
晶膜を形成したものがある。これはダイヤモンド単結晶
基板上に窒化ガリウム、窒化インジウム、窒化アルミニ
ウムなどから選択された少なくとも1種の物質からなる
少なくとも1層の単結晶層を形成してなることを特徴と
する薄膜単結晶基板に関するもので、熱伝導率が大き
く、熱膨張係数が小さく、耐熱性及び環境性に優れた基
板を提供することを目的としている。
As an example of growing a semiconductor material on a substrate having a large thermal conductivity, a semiconductor single crystal film is formed on a diamond single crystal substrate as shown in Japanese Patent Laid-Open No. 64-42813. There is something. This is a thin film single crystal substrate characterized in that at least one single crystal layer made of at least one kind of substance selected from gallium nitride, indium nitride, aluminum nitride and the like is formed on a diamond single crystal substrate. It is an object of the present invention to provide a substrate having a high thermal conductivity, a low thermal expansion coefficient, and excellent heat resistance and environmental resistance.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】III-V族窒化物の
単結晶膜の成長に従来用いられてきたサファイア、Si、
SiCなどの基板材料は熱伝導率が十分大きくないため、
発光素子に用いるためにはダイヤモンド単結晶のヒート
シンクにボンディングする必要がある。特に最も一般的
に使用されているサファイア基板は熱伝導率が極めて小
さく、しかも導電性がないためヒートシンクにボンディ
ングする際、電極の取りまわしが困難である。特開昭64
-42813号公報の技術は単結晶膜を成長させるダイヤモン
ド単結晶の基板面方位については特に限定しておらず、
研磨の容易な(100)面が好ましいとしている。ま
た、成長させる単結晶膜の結晶方位に関する記述はな
い。
Problems to be Solved by the Invention Sapphire, Si, Si, which has been conventionally used for growing a single crystal film of III-V group nitride,
Since substrate materials such as SiC do not have sufficiently high thermal conductivity,
For use in a light emitting device, it is necessary to bond it to a diamond single crystal heat sink. In particular, the most commonly used sapphire substrate has extremely low thermal conductivity and has no conductivity, so that it is difficult to arrange the electrodes when bonding to a heat sink. JP-A-64
The technology of the -42813 publication does not particularly limit the substrate plane orientation of the diamond single crystal for growing the single crystal film,
The (100) plane, which is easy to polish, is preferred. Further, there is no description about the crystal orientation of the single crystal film to be grown.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】発明者らはIII-V族
窒化物を用いた短波長の発光素子を実現するため、熱伝
導率の大きな基板上に結晶性の良好なIII-V族窒化
物単結晶膜を成長させるべく実験を重ねた結果、ダイヤ
モンド単結晶基板の(111)面上に結晶性の良好なI
II-V窒化物単結晶膜を成長させることができること
を見い出した。さらに結晶性および膜表面の平滑性に優
れたIII-V窒化物単結晶膜を成長させるために、ダ
イヤモンド単結晶基板の(111)面上にIII-V窒
化物のバッファー層を低温成長させた後にさらにこの上
にIII-V窒化物半導体単結晶膜を成長させた構造を
提案する。
In order to realize a short-wavelength light emitting device using a III-V group nitride, the inventors of the present invention have III-V group nitride with good crystallinity on a substrate having a large thermal conductivity. As a result of repeated experiments for growing a crystalline single crystal film, I having good crystallinity on the (111) plane of the diamond single crystal substrate.
It has been found that it is possible to grow II-V nitride single crystal films. Further, in order to grow a III-V nitride single crystal film excellent in crystallinity and film surface smoothness, a III-V nitride buffer layer was grown at low temperature on the (111) plane of a diamond single crystal substrate. Later, a structure in which a III-V nitride semiconductor single crystal film is further grown on this is proposed.

【0008】[0008]

【作用】本発明は熱伝導率の極めて大きなダイヤモンド
を基板に用い、ダイヤモンド単結晶の(111)面上に
III-V族窒化物を成長させることにより結晶性の優
れた単結晶膜の成長を実現し、短波長の発光素子に適し
た熱の放散性を良い構造を実現したものである。本発明
の発光素子とは発光ダイオード(LED)、レーザダイオ
ード(LD)を含む。本発明においては、III-V族窒
化物の単結晶膜を成長させる基板としてダイヤモンド単
結晶を使用する。III-V族窒化物を用いた発光素
子、中でもLEDとLDは駆動電力が大きくなることが予測
されるため、特に熱の放散性の良い構造が必要となる。
ダイヤモンドは従来基板として用いられてきたサファイ
ア、Si、SiCに比べ極めて大きな熱伝導率を有するた
め、発光素子を形成した場合に熱の放散性が極めて良
く、ヒートシンクを用いる必要がないためコストを小さ
くすることができる。
According to the present invention, a diamond having an extremely high thermal conductivity is used as a substrate, and a group III-V nitride is grown on the (111) plane of a diamond single crystal to grow a single crystal film having excellent crystallinity. It has been realized and realized a structure with good heat dissipation suitable for a light emitting device of short wavelength. The light emitting device of the present invention includes a light emitting diode (LED) and a laser diode (LD). In the present invention, a diamond single crystal is used as a substrate for growing a group III-V nitride single crystal film. Since it is expected that the driving power of the light emitting device using the III-V group nitride, especially the LED and the LD, will be large, a structure having particularly good heat dissipation is required.
Diamond has a much higher thermal conductivity than sapphire, Si, and SiC that have been used as conventional substrates, so it has a very good heat dissipation when a light emitting element is formed, and it is not necessary to use a heat sink, so the cost is small. can do.

【0009】特にIII-V化合物を用いたLDは発振し
きい値電流や駆動電圧が大きく発熱量が極めて大きくな
ることが予想されるため、本発明の構造が極めて有効と
なる。基板に使用するダイヤモンド単結晶としては、天
然、高圧人工合成のいずれも用いることが可能である。
高圧人工合成のものは合成時の不純物添加により導電性
を持たせたものを使用することができるため望ましい。
導電性を持つ高圧人工合成ダイヤモンドとしては、ホウ
素またはアルミニウムまたはこれらの両方を不純物とし
て含みp型導電性を有するものを使用することができ
る。このような導電性を有するダイヤモンド単結晶を基
板に用いることにより、基板に直接電極を取付けること
が可能となるため電極の取りまわしが容易で素子形成が
容易になる。
In particular, since the LD using the III-V compound is expected to have a large oscillation threshold current and a large driving voltage and a very large amount of heat generation, the structure of the present invention is extremely effective. As the diamond single crystal used for the substrate, either natural or high-pressure artificial synthesis can be used.
The high-pressure artificial synthesis is preferable because it can be used by adding conductivity during the synthesis.
As the high-pressure artificial synthetic diamond having conductivity, one having boron or aluminum or both of them as impurities and having p-type conductivity can be used. By using such a conductive diamond single crystal for the substrate, the electrodes can be directly attached to the substrate, so that the electrodes can be easily arranged and the element can be easily formed.

【0010】ダイヤモンド単結晶の(111)面は3回
対象原子配列を有するため、同じく3回対象原子配列を
有するウルツ鉱型結晶構造のIII-V族窒化物単結晶
膜のC面((0001)面)がダイヤモンド単結晶の
(111)面と平行になるようにエピタキシャル成長さ
せることができ、結晶性の良好な単結晶薄膜を得ること
ができる。このときIII-V族窒化物の結晶方位は、
<11−20>結晶軸がダイヤモンド単結晶の<110
>結晶軸と平行となるように1方向に揃う。本発明のI
II-V族窒化物単結晶膜とはダイヤモンド単結晶とI
II-V族窒化物膜の間に上記の結晶方位関係が成り立
っているものを示しており、結晶粒界やドメインが存在
する場合も発明の範囲内に含まれる。
Since the (111) plane of the diamond single crystal has an atomic arrangement of three times, the C-plane of the III-V group single crystal film of the wurtzite crystal structure having the same atomic arrangement of three times (((0001 The () plane) can be epitaxially grown so as to be parallel to the (111) plane of the diamond single crystal, and a single crystal thin film having good crystallinity can be obtained. At this time, the crystal orientation of the III-V group nitride is
<11-20> Crystal axis is <110 of diamond single crystal
> Align in one direction so that it is parallel to the crystal axis. I of the present invention
II-V group nitride single crystal films are diamond single crystal and I
It is shown that the above crystal orientation relationship is established between the II-V group nitride films, and the case where crystal grain boundaries or domains are present is also included in the scope of the invention.

【0011】本発明で用いるダイヤモンドは、結晶性お
よび膜表面の平滑性に優れたIII-V族窒化物膜を成
長させるために、III-V族窒化物膜を形成する面の
表面粗さが0.1μm以下であることが好ましいので、
機械的に研磨加工したものを使用する。このように加工
されたダイヤモンド表面は酸素が吸着しておりダイヤモ
ンド結晶の独自の構造が表面に現れていないことが多い
ため、表面水素終端処理を行うことがより好ましい。表
面水素終端する方法としては、マイクロ波を用いた水素
プラズマを用いる方法があるが、水素原子を励起し、活
性な水素ラジカルを作り出せる方法であれば、プラズマ
法、熱フィラメント法など公知の方法を用いることがで
きる。
The diamond used in the present invention has a surface roughness of the surface on which the group III-V nitride film is formed in order to grow a group III-V nitride film excellent in crystallinity and film surface smoothness. Since it is preferably 0.1 μm or less,
Use those that have been mechanically polished. Oxygen is adsorbed on the diamond surface processed in this way, and the unique structure of the diamond crystal is often not exposed on the surface. Therefore, it is more preferable to perform surface hydrogen termination treatment. As a method of terminating surface hydrogen, there is a method of using hydrogen plasma using microwaves, but as long as it is a method of exciting hydrogen atoms and producing active hydrogen radicals, known methods such as a plasma method and a hot filament method can be used. Can be used.

【0012】ダイヤモンド単結晶基板上に導電性を有す
るダイヤモンド単結晶膜を気相成長させ、さらにこの上
にIII-V族窒化物単結晶膜を形成した構造にするこ
ともできる。このような構造にすることにより、導電性
ダイヤモンド単結晶膜から電極を取ることが可能とな
る。導電性を有するダイヤモンド単結晶膜としては、ホ
ウ素、アルミニウム、ガリウム、の中から選んだ少なく
とも1種類の元素を不純物として含みp型伝導性を示す
もの、あるいはリン、ヒ素、硫黄、アンチモン、セレ
ン、塩素、リチウムから選んだ少なくとも1種類の元素
を不純物として含みn型伝導性を示すものを使用するこ
とができる。
It is also possible to have a structure in which a diamond single crystal film having conductivity is vapor-deposited on a diamond single crystal substrate, and a III-V group nitride single crystal film is further formed thereon. With such a structure, the electrode can be taken from the conductive diamond single crystal film. The diamond single crystal film having conductivity has a p-type conductivity and contains at least one element selected from boron, aluminum and gallium as impurities, or phosphorus, arsenic, sulfur, antimony, selenium, It is possible to use a material that contains at least one element selected from chlorine and lithium as an impurity and exhibits n-type conductivity.

【0013】この場合もダイヤモンド単結晶膜を成長さ
せる基板面としては(111)面を使用し、ダイヤモン
ド単結晶基板の(111)面とダイヤモンド単結晶膜の
(111)面が平行になるように単結晶膜を成長させ
る。ダイヤモンド単結晶膜を成長させる方法としては、
熱フィラメント法、マイクロ波プラズマCVD法など公知
の方法を使用することができる。ダイヤモンド単結晶に
不純物を添加する方法としては、高圧合成の原料に添加
する方法、気相合成時に不純物元素を含むガスを導入す
る方法、イオン注入法など公知の方法を使用すれば良
い。
Also in this case, the (111) plane is used as the substrate surface on which the diamond single crystal film is grown, and the (111) plane of the diamond single crystal substrate and the (111) plane of the diamond single crystal film are parallel to each other. Grow a single crystal film. As a method of growing a diamond single crystal film,
Known methods such as a hot filament method and a microwave plasma CVD method can be used. As a method for adding an impurity to the diamond single crystal, a known method such as a method for adding a raw material for high-pressure synthesis, a method for introducing a gas containing an impurity element during vapor phase synthesis, or an ion implantation method may be used.

【0014】ダイヤモンド単結晶基板の(111)面上
あるいはダイヤモンド単結晶基板上に形成したダイヤモ
ンド単結晶膜の(111)面上にIII-V族窒化物単
結晶膜を成長させる。本発明においては、ウルツ鉱型結
晶構造を有するIII-V族窒化物、例えばGaN、AlN、B
N、InNおよびAlxGa(1-x)N、InxGa(1-x)N、BxGa(1-x)N、
BxAl(1-x)N、InxAl(1-x)N、BxIn(1-x)Nなどの混晶を用
いる。混晶では例に挙げた3元混晶の他に4元やさらに
多元の混晶を用いることも可能である。
A group III-V nitride single crystal film is grown on the (111) plane of the diamond single crystal substrate or on the (111) plane of the diamond single crystal film formed on the diamond single crystal substrate. In the present invention, a group III-V nitride having a wurtzite crystal structure, for example, GaN, AlN, B
N, InN and Al x Ga (1-x) N, In x Ga (1-x) N, B x Ga (1-x) N,
A mixed crystal of B x Al (1-x) N, In x Al (1-x) N, B x In (1-x) N, or the like is used. As the mixed crystal, in addition to the ternary mixed crystal given as an example, it is also possible to use a quaternary or a multi-element mixed crystal.

【0015】ダイヤモンド単結晶上にこれらのIII-
V族窒化物単結晶膜を成長させる方法としては、MBE
法、MOCVD法、スパッタ法、真空蒸着法など、従来用い
られてきた基板上でこれらの単結晶膜を形成するのに用
いられている公知の方法を用いることができる。単結晶
膜を成長させるためには、基板を高温に加熱する必要が
ある。単結晶膜を成長可能な基板温度は成長させる膜の
種類や成膜方法によりことなるが、一般に500℃から130
0℃の間である。結晶性および膜表面の平滑性の優れた
III-V族窒化物単結晶膜を成長させるためには、基
板上にIII-V族窒化物の低温成長バッファー層を形
成し、この上に単結晶膜を形成することがさらに望まし
い。低温成長バッファー層としては、ウルツ鉱型結晶構
造を有するIII-V族窒化物であればどんなものでも
使用することができ、必ずしもその上に成長させる単結
晶膜と同一材料である必要はない。
These III-on diamond single crystals
As a method for growing a group V nitride single crystal film, MBE is used.
Known methods used for forming these single crystal films on a substrate which has been conventionally used, such as a sputtering method, a MOCVD method, a sputtering method, and a vacuum deposition method can be used. In order to grow a single crystal film, it is necessary to heat the substrate to a high temperature. The substrate temperature at which a single crystal film can be grown depends on the type of film to be grown and the film formation method, but is generally 500 ° C to 130 ° C.
It is between 0 ° C. In order to grow a group III-V nitride single crystal film excellent in crystallinity and smoothness of the film surface, a low temperature growth buffer layer of group III-V nitride is formed on a substrate, and a single crystal is formed on the buffer layer. It is further desirable to form a film. As the low-temperature growth buffer layer, any III-V group nitride having a wurtzite type crystal structure can be used, and it is not always necessary to use the same material as the single crystal film grown thereon.

【0016】低温成長バッファー層の形成方法として
は、先に述べたIII-V族窒化物単結晶膜の形成方法
と同一の方法を用いれば良いが、基板温度を単結晶膜を
成長させる場合よりも低くしアモルファスあるいは多結
晶の膜を成長させる必要がある。低温成長バッファー層
を形成するための基板温度は成長させる膜の種類や成膜
方法によりことなるが、一般に20℃から900℃の間であ
る。低温成長バッファー層はバッファー層形成時はアモ
ルファスあるいは多結晶であるが、通常その上に単結晶
膜を形成するために高基板温度にした際に単結晶に変化
することが多い。
As the method for forming the low temperature growth buffer layer, the same method as the method for forming the group III-V nitride single crystal film described above may be used, but the substrate temperature is higher than that for growing the single crystal film. Therefore, it is necessary to lower the thickness and grow an amorphous or polycrystalline film. The substrate temperature for forming the low temperature growth buffer layer varies depending on the type of film to be grown and the film forming method, but is generally between 20 ° C and 900 ° C. The low-temperature growth buffer layer is amorphous or polycrystal when the buffer layer is formed, but usually changes to a single crystal when the substrate temperature is raised to form a single crystal film thereon.

【0017】本発明においてIII-V族窒化物単結晶
膜は通常は不純物の添加により導電率を制御して用いら
れる。本発明の窒化物単結晶膜は不純物として、ケイ
素、スズ、酸素、硫黄、セレン、テルルなどから選ばれ
た少なくとも1種類を添加することによりn型伝導性
を、亜鉛、ベリリウム、マグネシウム、カリウムなどか
ら選ばれた少なくとも1種類を添加することによりp型
伝導性を持たせることが可能である。低温成長バッファ
ー層もIII-V族窒化物単結晶膜と同様に不純物の添
加により導電率を制御して用いることができる。以上の
ようにしてダイヤモンド単結晶基板上にIII-V族窒
化物単結晶膜を形成した構造を形成すれば、さらにその
上に材料や混晶の組成比の変化によりバンドギャップを
変化させたIII-V族窒化物を積層した構造を形成
し、電極を形成することにより、発光ダイオードやレー
ザダイオードなどの発光素子を形成することができる。
In the present invention, the III-V nitride single crystal film is usually used by controlling the conductivity by adding impurities. The nitride single crystal film of the present invention exhibits n-type conductivity by adding at least one selected from the group consisting of silicon, tin, oxygen, sulfur, selenium, tellurium, etc. as impurities, and zinc, beryllium, magnesium, potassium, etc. It is possible to impart p-type conductivity by adding at least one selected from the above. The low-temperature growth buffer layer can also be used by controlling the conductivity by adding impurities, like the III-V nitride single crystal film. By forming a structure in which a group III-V nitride single crystal film is formed on a diamond single crystal substrate as described above, the band gap is changed by further changing the composition ratio of the material and the mixed crystal. A light emitting element such as a light emitting diode or a laser diode can be formed by forming a structure in which a group-V nitride is stacked and forming an electrode.

【0018】[0018]

【実施例】【Example】

(実施例1) 表面を平坦に研磨した、不純物としてホ
ウ素を含み室温で比抵抗25Ω・cmのp型伝導性をしめす
高圧人工合成ダイヤモンド単結晶(111)面を基板と
して用い、有機溶媒による洗浄とそれにつづく10%塩
化水素水溶液による洗浄を行った。この基板を用いて図
3に示す構造を有するInxGa(1-x)Nを活性層とした発光
ダイオードを形成した。III-V族窒化物膜の成長に
はMOCVD法を用い大気圧下で行った。はじめにダイヤモ
ンド単結晶の(111)面上に基板温度1000℃にてp型G
aN膜を成長させた。キャリアガスとしてH2を10l/minの
流量で、原料としてNH3、TMG(トリメチルガリウム)、
Cp2Mg(ビスシクロペンタジエチルマグネシウム)をそ
れぞれ4.0l/min、30μmol/min、3.6μmol/minの流量で
反応室内に導入し60分間で4μm成長させた。
(Example 1) Using a high-pressure artificial synthetic diamond single crystal (111) surface, which has boron as an impurity and has a p-type conductivity of 25 Ω · cm at room temperature, as a substrate, the surface of which has been polished flat and washed with an organic solvent. And subsequent washing with a 10% aqueous solution of hydrogen chloride. Using this substrate, a light emitting diode having an In x Ga (1-x) N active layer having the structure shown in FIG. 3 was formed. The MOCVD method was used to grow the III-V nitride film under atmospheric pressure. First, p-type G on a (111) plane of a diamond single crystal at a substrate temperature of 1000 ° C.
An aN film was grown. H 2 as a carrier gas at a flow rate of 10 l / min, NH 3 as a raw material, TMG (trimethylgallium),
Cp 2 Mg (biscyclopentadiethyl magnesium) was introduced into the reaction chamber at a flow rate of 4.0 l / min, 30 μmol / min, and 3.6 μmol / min, respectively, and grown to 4 μm for 60 minutes.

【0019】次に基板温度を800℃にし、p型GaN膜上にn
型InxGa(1-x)N膜を成長させた。キャリアガスとしてN2
ガスを10l/minの流量で、原料としてNH3、TMI(トリメ
チルインジウム)、TMG、SiH4(H2希釈、濃度10ppm)を
それぞれ4.0l/min、24μmol/min、2μmol/min、1nmol/m
inの流量で反応室内に導入し、7分間で20nm成長させ
た。
Next, the substrate temperature is set to 800 ° C. and n is formed on the p-type GaN film.
A type In x Ga (1-x) N film was grown. N 2 as carrier gas
Gas at a flow rate of 10l / min, NH 3, TMI ( trimethyl indium) as the raw material, TMG, SiH 4 (H 2 dilution, concentration 10 ppm), respectively 4.0l / min, 24μmol / min, 2μmol / min, 1nmol / m
It was introduced into the reaction chamber at a flow rate of in, and was grown to 20 nm for 7 minutes.

【0020】次に基板温度を再び1000℃とし、n型InxGa
(1-x)N膜上にn型GaN膜を成長させた。成長に用いたガス
はCp2Mgにかわって、SiH4(H2希釈、濃度10ppm)を4nmo
l/min流した以外はp型GaN単結晶膜成長時と同じであ
る。15分間成長させ0.8μmの膜厚とした。以上の成長を
行った後、N2雰囲気中にて700℃でアニール処理を行っ
た。
Next, the substrate temperature was set to 1000 ° C. again, and n-type In x Ga
An n-type GaN film was grown on the (1-x) N film. The gas used for growth was Cp 2 Mg instead of SiH 4 (H 2 diluted, concentration 10 ppm) at 4 nmo.
The procedure is the same as that for growing the p-type GaN single crystal film except that l / min is applied. It was grown for 15 minutes to a film thickness of 0.8 μm. After the above growth, annealing treatment was performed at 700 ° C. in an N 2 atmosphere.

【0021】次に最上層のn型GaN膜上およびp型ダイヤ
モンド基板の裏面にスパッタ法によりAl電極を形成しLE
Dを形成した。各工程途中のサンプルをそれぞれ用意しR
HEEDを用いて評価したところ、p型GaN膜、n型InxGa
(1-x)N膜、n型GaN膜ともすべてウルツ鉱型結晶構造を有
する単結晶膜となっており、(0001)面がダイヤモ
ンド単結晶基板の(111)面に平行に成長しているこ
とが判明した。室温にてLED特性を評価したところ、440
nmにピーク波長を持つ青色発光が確認された。1時間連
続で発光させたが、素子性能に影響を与えるほどの素子
の温度上昇はなく、輝度の低下等の性能劣化は生じなか
った。
Next, an Al electrode is formed on the uppermost n-type GaN film and on the back surface of the p-type diamond substrate by a sputtering method.
Formed D. Prepare samples during each process R
When evaluated using HEED, p-type GaN film, n-type In x Ga
Both the (1-x) N film and the n-type GaN film are single crystal films having a wurtzite crystal structure, and the (0001) plane is grown parallel to the (111) plane of the diamond single crystal substrate. It has been found. When the LED characteristics were evaluated at room temperature, it was 440
Blue emission having a peak wavelength in nm was confirmed. The device was made to emit light continuously for one hour, but the temperature of the device did not rise enough to affect the device performance, and performance deterioration such as decrease in brightness did not occur.

【0022】(実施例2) 表面を平坦に研磨した不純
物としてホウ素を含み室温で比抵抗25Ω・cmのp型伝導
性をしめす高圧人工合成ダイヤモンド単結晶(111)
面を基板として用い、実施例1と同様に洗浄を行った。
この基板を用いて図4に示す構造を有するIn0.06Ga0.94
Nを活性層としたレーザダイオードを形成した。III-
V族窒化物膜の成長にはMOCVD法を用い大気圧下で行っ
た。はじめにダイヤモンド単結晶基板の(111)面上
に基板温度500℃にてp型GaNの低温成長バッファー層を
成長させた。キャリアガスとしてH2を10l/minの流量
で、原料としてNH3、TMG(トリメチルガリウム)、Cp2M
g(ビスシクロペンタジエチルマグネシウム)をそれぞ
れ4.0l/min、30μmol/min、3.6μmol/minの流量で反応
室内に導入し25nm成長させた。
Example 2 A high-pressure artificial synthetic diamond single crystal (111) containing boron as an impurity whose surface is flatly polished and having p-type conductivity with a specific resistance of 25 Ω · cm at room temperature.
Using the surface as a substrate, cleaning was performed in the same manner as in Example 1.
In 0.06 Ga 0.94 having the structure shown in FIG. 4 using this substrate
A laser diode having N as an active layer was formed. III-
The MOCVD method was used to grow the group V nitride film under atmospheric pressure. First, a low temperature growth buffer layer of p-type GaN was grown on a (111) plane of a diamond single crystal substrate at a substrate temperature of 500 ° C. H 2 as carrier gas at a flow rate of 10 l / min, NH 3 as raw materials, TMG (trimethylgallium), Cp 2 M
g (biscyclopentadiethylmagnesium) was introduced into the reaction chamber at a flow rate of 4.0 l / min, 30 μmol / min and 3.6 μmol / min, respectively, and grown to 25 nm.

【0023】次に導入ガスはそのままで、基板温度を10
00℃に上昇し、バッファー層上にp型GaN膜を60分間で4
μm成長させた。
Next, with the introduced gas as it is, the substrate temperature is adjusted to 10
The temperature is raised to 00 ℃ and the p-type GaN film is deposited on the buffer layer for 60 minutes.
μm was grown.

【0024】次にp型GaN膜上にp型Al0.15Ga0.85N膜を成
長させた。基板温度を1000℃のまま、原料としてNH3、T
MA(トリメチルアルミニウム)、TMG、Cp2Mgをそれぞれ
4.0l/min、6μmol/min、24μmol/min、3.6μmol/minの
流量で反応室内に導入し、3分間で0.15μm成長させた。
Next, a p-type Al 0.15 Ga 0.85 N film was grown on the p-type GaN film. With the substrate temperature at 1000 ℃, NH 3 and T as raw materials
MA (trimethylaluminum), TMG, Cp 2 Mg respectively
It was introduced into the reaction chamber at a flow rate of 4.0 l / min, 6 μmol / min, 24 μmol / min, 3.6 μmol / min, and grown for 0.15 μm in 3 minutes.

【0025】次に基板温度を800℃にし、p型Al0.15Ga
0.85N膜上にZnをドープしたIn0.06Ga0.94N膜を成長させ
た。キャリアガスとしてN2ガスを10l/minの流量で、原
料としてNH3、TMI(トリメチルインジウム)、TMG、DEZ
(ジエチルジンク)をそれぞれ4.0l/min、17μmol/mi
n、1.0μmol/min、10nmol/minの流量で反応室内に導入
し、15分間で50nm成長させた。
Next, the substrate temperature is set to 800 ° C. and p-type Al 0.15 Ga
An In 0.06 Ga 0.94 N film doped with Zn was grown on the 0.85 N film. N 2 gas as a carrier gas at a flow rate of 10 l / min, NH 3 as a raw material, TMI (trimethylindium), TMG, DEZ
(Diethyl zinc) 4.0l / min, 17μmol / mi
It was introduced into the reaction chamber at a flow rate of n, 1.0 μmol / min and 10 nmol / min, and grown to 50 nm for 15 minutes.

【0026】次に基板温度を再び1000℃とし、Znドープ
In0.06Ga0.94N膜上にn型Al0.15Ga0.85N膜を0.15μm成長
させた。成膜条件は原料をCp2MgにかわってSiH4(H2
釈、濃度10ppm)を4nmol/minとした以外は、p型Al0.15G
a0.85N膜成長時と同様である。
Next, the substrate temperature is set to 1000 ° C. again, and Zn doping is performed.
An n-type Al 0.15 Ga 0.85 N film was grown to 0.15 μm on the In 0.06 Ga 0.94 N film. The film forming conditions were p-type Al 0.15 G except that the raw material was changed to Cp 2 Mg and SiH 4 (H 2 dilution, concentration 10 ppm) was 4 nmol / min.
a 0.85 N Same as when growing film.

【0027】次にn型Al0.15Ga0.85N膜上にn型GaNを成長
させた。成長に用いたガスはCp2Mgにかわって、SiH4(H
2希釈、濃度10ppm)を4nmol/min流した以外はp型GaN膜
成長時と同じである。7.5分間成長させ、0.5μmの膜厚
を得た。以上の成長を行った後、N2雰囲気中にて700℃
でアニール処理を行った。
Next, n-type GaN was grown on the n-type Al 0.15 Ga 0.85 N film. The gas used for the growth was replaced with Cp 2 Mg instead of SiH 4 (H
2 dilution, except that the concentration 10 ppm) was supplied 4 nmol / min is the same as when p-type GaN film growth. It was grown for 7.5 minutes to obtain a film thickness of 0.5 μm. After the above growth, 700 ℃ in N2 atmosphere
Was annealed.

【0028】次に反応性ドライエッチングにより窒化物
膜層を加工することにより共振器を形成し、最上層のn
型GaN膜上およびp型ダイヤモンド基板の裏面にスパッタ
法によりAl電極を形成しLDを形成した。
Next, the resonator is formed by processing the nitride film layer by reactive dry etching.
An LD was formed by forming an Al electrode on the p-type GaN film and on the back surface of the p-type diamond substrate by a sputtering method.

【0029】各工程途中のサンプルをそれぞれ用意しRH
EEDを用いて評価したところ、p型GaN膜、p型Al0.15Ga
0.85N膜、ZnドープIn0.06Ga0.94N膜、n型Al0.15Ga0.85N
膜、n型GaN膜ともすべてウルツ鉱型結晶構造を有する単
結晶膜となっており、(0001)面がダイヤモンド単
結晶基板の(111)面に平行に成長していることが判
明した。室温にてLD特性を評価したところ、450nmにピ
ーク波長を持つ青色発光のレーザー発振が確認された。
1時間連続で発光させたが、素子性能に影響を与えるほ
どの素子の温度上昇はなく、輝度の低下等の性能劣化は
生じなかった。
Prepare a sample during each process and RH
When evaluated using EED, p-type GaN film, p-type Al 0.15 Ga
0.85 N film, Zn-doped In 0.06 Ga 0.94 N film, n-type Al 0.15 Ga 0.85 N
It was found that both the film and the n-type GaN film were single crystal films having a wurtzite crystal structure, and the (0001) plane was grown parallel to the (111) plane of the diamond single crystal substrate. When LD characteristics were evaluated at room temperature, laser emission of blue light emission having a peak wavelength at 450 nm was confirmed.
The device was made to emit light continuously for one hour, but the temperature of the device did not rise enough to affect the device performance, and performance deterioration such as decrease in brightness did not occur.

【0030】(実施例3) 表面を平坦に研磨した絶縁
性の高圧人工合成ダイヤモンド単結晶(111)面を基
板として用い、実施例1と同様に洗浄を行った。この基
板を用いて図5に示す構造を有するIn0.06Ga0.94Nを活
性層とした発光ダイオードを形成した。III-V族窒
化物膜の成長にはMOCVD法を用い大気圧下で行った。は
じめにダイヤモンド単結晶の(111)面上にマイクロ
波プラズマCVD法を用いて、厚さ1μmのp型ダイヤモンド
単結晶膜を成長させた。石英管内にCH4、B2H6、H2を1
03:1:105の流量比で導入し圧力50Torrとし、マイクロ
波出力400Wにて成長を行った。RHEEDによる評価からダ
イヤモンド膜は単結晶で(111)面がダイヤモンド単
結晶基板の(111)面に平行にエピタキシャル成長し
ていることが判明した。
Example 3 Using the insulating high-pressure artificial synthetic diamond single crystal (111) surface whose surface was flatly polished as a substrate, cleaning was performed in the same manner as in Example 1. Using this substrate, a light emitting diode having an active layer of In 0.06 Ga 0.94 N having the structure shown in FIG. 5 was formed. The MOCVD method was used to grow the III-V nitride film under atmospheric pressure. First, a 1 μm-thick p-type diamond single crystal film was grown on the (111) plane of a diamond single crystal by the microwave plasma CVD method. CH 4 , B 2 H 6 , and H 2 in a quartz tube 1
The growth was performed at a microwave output of 400 W under a pressure ratio of 50 Torr with a flow ratio of 0 3 : 1: 10 5 . From the evaluation by RHEED, it was found that the diamond film was a single crystal and the (111) plane was epitaxially grown parallel to the (111) plane of the diamond single crystal substrate.

【0031】次にダイヤモンド単結晶膜上に基板温度50
0℃にてp型GaNの低温成長バッファー層を25nm成長させ
た。成膜条件は実施例2と同様である。次に基板温度を
1000℃に上昇し、バッファー層上にp型Al0.15Ga0.85N膜
を0.15μm成長させた。成膜条件は実施例2と同様であ
る。次に基板温度を800℃にし、p型Al0.15Ga0.85N膜上
にZnをドープしたIn0.06Ga0.94N膜を50nm成長させた。
成膜条件は実施例2と同様である。次に基板温度を再び
1000℃とし、ZnドープIn0.06Ga0.94N膜上にn型Al0.15Ga
0.85N膜を0.15μm成長させた。成膜条件は実施例2と同
様である。次にn型Al0.15Ga0.85N膜上にn型GaNを0.5μm
成長させた。成膜条件は実施例2と同様である。以上の
成長を行った後、N2雰囲気中にて700℃でアニール処理
を行った。
Next, a substrate temperature of 50 is applied on the diamond single crystal film.
A low-temperature growth buffer layer of p-type GaN was grown to 25 nm at 0 ° C. The film forming conditions are the same as in Example 2. Then change the substrate temperature
The temperature was raised to 1000 ° C., and a p-type Al 0.15 Ga 0.85 N film was grown to 0.15 μm on the buffer layer. The film forming conditions are the same as in Example 2. Next, the substrate temperature was set to 800 ° C., and a Zn-doped In 0.06 Ga 0.94 N film was grown to a thickness of 50 nm on the p-type Al 0.15 Ga 0.85 N film.
The film forming conditions are the same as in Example 2. Then the substrate temperature again
1000 ° C, n-type Al 0.15 Ga on Zn-doped In 0.06 Ga 0.94 N film
A 0.85 N film was grown to 0.15 μm. The film forming conditions are the same as in Example 2. Next, 0.5 μm of n-type GaN was deposited on the n-type Al 0.15 Ga 0.85 N film.
I grew it. The film forming conditions are the same as in Example 2. After the above growth, annealing treatment was performed at 700 ° C. in an N 2 atmosphere.

【0032】次にp型ダイヤモンド単結晶膜に電極を取
付けるため反応性ドライエッチングにより窒化物膜層を
加工した後、最上層のn型GaN膜上およびp型ダイヤモン
ド単結晶膜上にスパッタ法によりAl電極を形成しLEDを
形成した。各工程途中のサンプルをそれぞれ用意しRHEE
Dを用いて評価したところ、p型Al0.15Ga0.85N膜、Znド
ープIn0.06Ga0.94N膜、n型Al0.15Ga0.85N膜、n型GaN膜
ともすべてウルツ鉱型結晶構造を有する単結晶膜となっ
ており、(0001)面がダイヤモンド単結晶基板の
(111)面に平行に成長していることが判明した。室
温にてLED特性を評価したところ、450nmにピーク波長を
持つ青色発光が確認された。1時間連続で発光させた
が、素子性能に影響を与えるほどの素子の温度上昇はな
く、輝度の低下等の性能劣化は生じなかった。
Next, after the nitride film layer is processed by reactive dry etching to attach an electrode to the p-type diamond single crystal film, the uppermost n-type GaN film and the p-type diamond single crystal film are sputtered. An LED was formed by forming an Al electrode. Prepare samples during each process RHEE
When evaluated using D, the p-type Al 0.15 Ga 0.85 N film, the Zn-doped In 0.06 Ga 0.94 N film, the n-type Al 0.15 Ga 0.85 N film, and the n-type GaN film are all single crystals having a wurtzite crystal structure. It became a film, and it was found that the (0001) plane grew parallel to the (111) plane of the diamond single crystal substrate. When the LED characteristics were evaluated at room temperature, blue light emission having a peak wavelength at 450 nm was confirmed. The device was made to emit light continuously for one hour, but the temperature of the device did not rise enough to affect the device performance, and performance deterioration such as decrease in brightness did not occur.

【0033】(実施例4) 表面を平坦に研磨した絶縁
性の高圧人工合成ダイヤモンド単結晶(111)面を基
板として用い、実施例1と同様に洗浄を行った。この基
板を用いて図6に示す構造を有するIn0.06Ga0.94Nを活
性層としたレーザーダイオードを形成した。実施例3と
同様にして、ダイヤモンド単結晶の(111)面上にダ
イヤモンド単結晶膜を形成し、さらにIII-V族窒化
物の各層を成長させた後、N2雰囲気中700℃でアニール
処理を行った。
(Example 4) Using the insulating high-pressure artificial synthetic diamond single crystal (111) surface whose surface was polished flat as a substrate, cleaning was performed in the same manner as in Example 1. Using this substrate, a laser diode having an In 0.06 Ga 0.94 N active layer having the structure shown in FIG. 6 was formed. In the same manner as in Example 3, after forming a diamond single crystal film on the (111) plane of the diamond single crystal and further growing each layer of III-V group nitride, annealing treatment was performed at 700 ° C. in N 2 atmosphere. went.

【0034】次に反応性ドライエッチングにより窒化物
膜層を加工することにより共振器を形成し、最上層のn
型GaN膜上およびp型ダイヤモンド単結晶膜上にスパッタ
法によりAl電極を形成しLDを形成した。各工程途中のサ
ンプルをそれぞれ用意しRHEEDを用いて評価したとこ
ろ、p型Al0.15Ga0.85N膜、ZnドープIn0.06Ga0.94N膜、n
型Al0.15Ga0.85N膜、n型GaN膜ともすべてウルツ鉱型結
晶構造を有する単結晶膜となっており、(0001)面
がダイヤモンド単結晶基板の(111)面に平行に成長
していることが判明した。室温にてLD特性を評価したと
ころ、450nmにピーク波長を持つ青色発光のレーザー発
振が確認された。1時間連続で発光させたが、素子性能
に影響を与えるほどの素子の温度上昇はなく、輝度の低
下等の性能劣化は生じなかった。
Next, a resonator is formed by processing the nitride film layer by reactive dry etching.
An LD was formed by forming an Al electrode on the p-type GaN film and the p-type diamond single crystal film by the sputtering method. Samples in the middle of each step were prepared and evaluated using RHEED, p-type Al 0.15 Ga 0.85 N film, Zn-doped In 0.06 Ga 0.94 N film, n
Type Al 0.15 Ga 0.85 N film and n-type GaN film are all single crystal films having a wurtzite crystal structure, and the (0001) plane is grown parallel to the (111) plane of the diamond single crystal substrate. It has been found. When LD characteristics were evaluated at room temperature, laser emission of blue light emission having a peak wavelength at 450 nm was confirmed. The device was made to emit light continuously for one hour, but the temperature of the device did not rise enough to affect the device performance, and performance deterioration such as decrease in brightness did not occur.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると熱
の放散性の良好なIII-V族窒化物を用いた短波長用
の発光ダイオードやレーザダイオードなどの発光素子を
実現することができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to realize a light emitting device such as a light emitting diode for short wavelength or a laser diode using a group III-V nitride having good heat dissipation. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の請求項1および請求項2および請求項
3に記載の構造を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing a structure according to claim 1, claim 2 and claim 3 of the present invention.

【図2】本発明の請求項4および請求項5および請求項
6に記載の構造を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing a structure according to claims 4, 5, and 6 of the present invention.

【図3】本発明の実施例1の発光ダイオードの構造を示
す図。
FIG. 3 is a diagram showing a structure of a light emitting diode according to a first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例2のレーザダイオードの構造を
示す図。
FIG. 4 is a diagram showing a structure of a laser diode according to a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施例3の発光ダイオードの構造を示
す図。
FIG. 5 is a diagram showing a structure of a light emitting diode according to a third embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施例4のレーザダイオードの構造を
示す図。
FIG. 6 is a diagram showing a structure of a laser diode according to a fourth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:ダイヤモンド単結晶基板 2:III-V族窒化物単結晶膜 3:ダイヤモンド単結晶基板 4:ダイヤモンド単結晶膜 5:III-V族窒化物単結晶膜 6:電極 7:p型ダイヤモンド単結晶基板 8:p型GaN単結晶膜 9:n型InxGa(1-x)N単結晶膜 10:n型GaN単結晶膜 11:電極 12:電極 13:p型ダイヤモンド単結晶基板 14:p型GaNバッファー層 15:p型GaN単結晶膜 16:p型Al0.15Ga0.85N単結晶膜 17:ZnドープIn0.06Ga0.94N単結晶膜 18:n型Al0.15Ga0.85N単結晶膜 19:n型GaN単結晶膜 20:電極 21:ダイヤモンド単結晶基板 22:p型ダイヤモンド単結晶膜 23:p型GaNバッファー層 24:p型Al0.15Ga0.85N単結晶膜 25:ZnドープIn0.06Ga0.94N単結晶膜 26:n型Al0.15Ga0.85N単結晶膜 27:n型GaN単結晶膜 28:電極 29:電極 30:ダイヤモンド単結晶基板 31:p型ダイヤモンド単結晶膜 32:電極 33:p型Al0.15Ga0.85N単結晶膜 34:ZnドープIn0.06Ga0.94N単結晶膜 35:n型Al0.15Ga0.85N単結晶膜 36:n型GaN単結晶膜 37:電極 38:電極 39:p型GaNバッファー層1: Diamond single crystal substrate 2: III-V group nitride single crystal film 3: Diamond single crystal substrate 4: Diamond single crystal film 5: III-V group nitride single crystal film 6: Electrode 7: p-type diamond single crystal Substrate 8: p-type GaN single crystal film 9: n-type In x Ga (1-x) N single crystal film 10: n-type GaN single crystal film 11: electrode 12: electrode 13: p-type diamond single crystal substrate 14: p -Type GaN buffer layer 15: p-type GaN single crystal film 16: p-type Al 0.15 Ga 0.85 N single crystal film 17: Zn-doped In 0.06 Ga 0.94 N single crystal film 18: n-type Al 0.15 Ga 0.85 N single crystal film 19: n-type GaN single crystal film 20: electrode 21: diamond single crystal substrate 22: p-type diamond single crystal film 23: p-type GaN buffer layer 24: p-type Al 0.15 Ga 0.85 N single-crystal film 25: Zn-doped In 0.06 Ga 0.94 n single crystal film 26: n-type Al 0.15 Ga 0.85 n single crystal film 27: n-type GaN single crystal film 28: electrode 29: electrode 30: diamond single Crystal substrate 31: p-type diamond single crystal film 32: electrode 33: p-type Al 0.15 Ga 0.85 N single crystal film 34: Zn-doped In 0.06 Ga 0.94 N single crystal film 35: n-type Al 0.15 Ga 0.85 N single crystal film 36 : N-type GaN single crystal film 37: electrode 38: electrode 39: p-type GaN buffer layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−42813(JP,A) 特開 平6−216051(JP,A) 特開 平6−326416(JP,A) 特開 平5−152204(JP,A) 特開 平3−77384(JP,A) 特開 平4−240784(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 33/00 H01S 5/00 - 5/50 ─────────────────────────────────────────────────── --- Continuation of the front page (56) References JP-A-64-42813 (JP, A) JP-A-6-216051 (JP, A) JP-A-6-326416 (JP, A) JP-A-5- 152204 (JP, A) JP-A-3-77384 (JP, A) JP-A-4-240784 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 33/00 H01S 5 / 00-5/50

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 ダイヤモンド単結晶基板(1)の(11
1)面上に、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化ホ
ウ素、窒化インジウムおよびこれらの物質からなる混晶
の中から選ばれた1種類のウルツ鉱型結晶構造を有する
III-V族窒化物単結晶膜(2)が直接もしくは窒化
ガリウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化インジ
ウムおよびこれらの物質からなる混晶の中から選ばれた
1種類のウルツ鉱型結晶構造を有するIII-V族窒化
物の低温成長バッファー層を介して形成された構造を有
し、前記III-V族窒化物単結晶膜のC面が前記ダイヤ
モンド単結晶基板の(111)面と平行に形成されてい
ることを特徴とする、発光素子。
1. A diamond single crystal substrate (1) comprising (11)
1) Group III-V nitride single crystal film having one type of wurtzite crystal structure selected from the group consisting of gallium nitride, aluminum nitride, boron nitride, indium nitride, and mixed crystals of these substances on the surface 1) (2) Low-temperature growth of III-V group nitride having a wurtzite crystal structure of one kind selected directly or from gallium nitride, aluminum nitride, boron nitride, indium nitride and mixed crystals of these substances. A structure formed via a buffer layer, wherein the C-plane of the III-V nitride single crystal film is formed parallel to the (111) plane of the diamond single crystal substrate. Light emitting element.
【請求項2】 ダイヤモンド単結晶基板(1)の(11
1)面上に、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化ホ
ウ素、窒化インジウムおよびこれらの物質からなる混晶
の中から選ばれた1種類のウルツ鉱型結晶構造を有する
III-V族窒化物単結晶膜(2)が直接もしくは窒化
ガリウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化インジ
ウムおよびこれらの物質からなる混晶の中から選ばれた
1種類のウルツ鉱型結晶構造を有するIII-V族窒化
物の低温成長バッファー層を介して形成された構造を有
し、前記III-V族窒化物単結晶膜のC面が前記ダイヤ
モンド単結晶基板の(111)面と平行に形成されてい
ることを特徴とする、発光ダイオード。
2. A diamond single crystal substrate (1) (11
1) Group III-V nitride single crystal film having one type of wurtzite crystal structure selected from the group consisting of gallium nitride, aluminum nitride, boron nitride, indium nitride, and mixed crystals of these substances on the surface 1) (2) Low-temperature growth of III-V group nitride having a wurtzite crystal structure of one kind selected directly or from gallium nitride, aluminum nitride, boron nitride, indium nitride and mixed crystals of these substances. A structure formed via a buffer layer, wherein the C-plane of the III-V nitride single crystal film is formed parallel to the (111) plane of the diamond single crystal substrate. Light emitting diode.
【請求項3】 ダイヤモンド単結晶基板(1)の(11
1)面上に、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化ホ
ウ素、窒化インジウムおよびこれらの物質からなる混晶
の中から選ばれた1種類のウルツ鉱型結晶構造を有する
III-V族窒化物単結晶膜(2)が直接もしくは窒化
ガリウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化インジ
ウムおよびこれらの物質からなる混晶の中から選ばれた
1種類のウルツ鉱型結晶構造を有するIII-V族窒化
物の低温成長バッファー層を介して形成された構造を有
し、前記III-V族窒化物単結晶膜のC面が前記ダイヤ
モンド単結晶基板の(111)面と平行に形成されてい
ることを特徴とする、レーザダイオード。
3. A diamond single crystal substrate (1) having (11
1) Group III-V nitride single crystal film having one type of wurtzite crystal structure selected from the group consisting of gallium nitride, aluminum nitride, boron nitride, indium nitride, and mixed crystals of these substances on the surface 1) (2) Low-temperature growth of III-V group nitride having a wurtzite crystal structure of one kind selected directly or from gallium nitride, aluminum nitride, boron nitride, indium nitride and mixed crystals of these substances. A structure formed via a buffer layer, wherein the C-plane of the III-V nitride single crystal film is formed parallel to the (111) plane of the diamond single crystal substrate. Laser diode.
【請求項4】 ダイヤモンド単結晶基板(3)の(11
1)面上にダイヤモンド単結晶膜(4)がダイヤモンド
単結晶膜の(111)面がダイヤモンド単結晶基板の
(111)面と平行に形成され、前記ダイヤモンド単結
晶膜上に窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ
素、窒化インジウムおよびこれらの物質からなる混晶の
中から選ばれた1種類のウルツ鉱型結晶構造を有するI
II-V族窒化物単結晶膜(5)が直接もしくは窒化ガ
リウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化インジウ
ムおよびこれらの物質からなる混晶の中から選ばれた1
種類のウルツ鉱型結晶構造を有するIII-V族窒化物
の低温成長バッファー層を介して形成された構造を有
し、前記III-V族窒化物単結晶膜のC面が前記ダイヤ
モンド単結晶膜の(111)面と平行に形成されている
ことを特徴とする、発光素子。
4. (11) of a diamond single crystal substrate (3)
The diamond single crystal film (4) is formed on the (1) plane so that the (111) plane of the diamond single crystal film is parallel to the (111) plane of the diamond single crystal substrate, and gallium nitride or aluminum nitride is formed on the diamond single crystal film. Having one kind of wurtzite type crystal structure selected from the group consisting of bismuth, boron nitride, indium nitride and mixed crystals of these substances I
The II-V nitride single crystal film (5) was selected directly or from gallium nitride, aluminum nitride, boron nitride, indium nitride and a mixed crystal composed of these substances.
Having a structure formed through a low-temperature growth buffer layer of III-V nitride having three kinds of wurtzite type crystal structure, wherein the C-plane of the III-V nitride single crystal film is the diamond single crystal film A light emitting device, which is formed parallel to the (111) plane of.
【請求項5】 ダイヤモンド単結晶基板(3)の(11
1)面上にダイヤモンド単結晶膜(4)がダイヤモンド
単結晶膜の(111)面がダイヤモンド単結晶基板の
(111)面と平行に形成され、前記ダイヤモンド単結
晶膜上に窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ
素、窒化インジウムおよびこれらの物質からなる混晶の
中から選ばれた1種類のウルツ鉱型結晶構造を有するI
II-V族窒化物単結晶膜(5)が直接もしくは窒化ガ
リウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化インジウ
ムおよびこれらの物質からなる混晶の中から選ばれた1
種類のウルツ鉱型結晶構造を有するIII-V族窒化物
の低温成長バッファー層を介して形成された構造を有
し、前記III-V族窒化物単結晶膜のC面が前記ダイヤ
モンド単結晶膜の(111)面と平行に形成されている
ことを特徴とする、発光ダイオード。
5. A diamond single crystal substrate (3) having (11
The diamond single crystal film (4) is formed on the (1) plane so that the (111) plane of the diamond single crystal film is parallel to the (111) plane of the diamond single crystal substrate, and gallium nitride or aluminum nitride is formed on the diamond single crystal film. Having one kind of wurtzite type crystal structure selected from the group consisting of bismuth, boron nitride, indium nitride and mixed crystals of these substances I
The II-V nitride single crystal film (5) was selected directly or from gallium nitride, aluminum nitride, boron nitride, indium nitride and a mixed crystal composed of these substances.
Having a structure formed through a low-temperature growth buffer layer of III-V nitride having three kinds of wurtzite type crystal structure, wherein the C-plane of the III-V nitride single crystal film is the diamond single crystal film A light emitting diode characterized by being formed parallel to the (111) plane of.
【請求項6】 ダイヤモンド単結晶基板(3)の(11
1)面上にダイヤモンド単結晶膜(4)がダイヤモンド
単結晶膜の(111)面がダイヤモンド単結晶基板の
(111)面と平行に形成され、前記ダイヤモンド単結
晶膜上に窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ
素、窒化インジウムおよびこれらの物質からなる混晶の
中から選ばれた1種類のウルツ鉱型結晶構造を有するI
II-V族窒化物単結晶膜(5)が直接もしくは窒化ガ
リウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化インジウ
ムおよびこれらの物質からなる混晶の中から選ばれた1
種類のウルツ鉱型結晶構造を有するIII-V族窒化物
の低温成長バッファー層を介して形成された構造を有
し、前記III-V族窒化物単結晶膜のC面が前記ダイヤ
モンド単結晶膜の(111)面と平行に形成されている
ことを特徴とする、レーザダイオード。
6. (11) of a diamond single crystal substrate (3)
The diamond single crystal film (4) is formed on the (1) plane so that the (111) plane of the diamond single crystal film is parallel to the (111) plane of the diamond single crystal substrate, and gallium nitride or aluminum nitride is formed on the diamond single crystal film. Having one kind of wurtzite type crystal structure selected from the group consisting of bismuth, boron nitride, indium nitride and mixed crystals of these substances I
The II-V nitride single crystal film (5) was selected directly or from gallium nitride, aluminum nitride, boron nitride, indium nitride and a mixed crystal composed of these substances.
Having a structure formed through a low-temperature growth buffer layer of III-V nitride having three kinds of wurtzite type crystal structure, wherein the C-plane of the III-V nitride single crystal film is the diamond single crystal film A laser diode formed in parallel with the (111) plane of.
【請求項7】 ダイヤモンド単結晶膜が、ホウ素、アル
ミニウム、ガリウムの中から選ばれた少なくとも1種類
の物質を不純物として含みp型伝導性を有するか、ある
いはリン、ヒ素、硫黄、アンチモン、セレン、塩素、リ
チウムの中から選ばれた少なくとも1つの物質を不純物
として含みn型伝導性を有することを特徴とする、請求
項4および請求項5および請求項6に記載の発光素子。
7. The diamond single crystal film contains at least one substance selected from boron, aluminum and gallium as impurities and has p-type conductivity, or phosphorus, arsenic, sulfur, antimony, selenium, 7. The light emitting device according to claim 4, wherein the light emitting device contains at least one substance selected from chlorine and lithium as an impurity and has n-type conductivity.
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