JP4174913B2 - Group III nitride semiconductor light emitting device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、珪素(Si)単結晶基板上にIII族窒化物半導体結晶からなる積層構造を形成して作製したIII族窒化物半導体発光素子に係わり、特に、前記基板上に好適な緩衝層を介して形成した結晶性の良いIII族窒化物半導体結晶からなる積層構造を用いて作製したIII族窒化物半導体発光素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
窒素(N)を構成元素とするIII族窒化物半導体結晶からなる積層構造は、短波長可視光発光用の発光ダイオード(LED)やレーザーダイオード(LD)などの発光素子に用いられている。
従来、上記の発光素子に用いられるIII族窒化物半導体結晶からなる積層構造は、もっぱら、六方晶(hexagonal)系のサファイア(Al23単結晶)や炭化珪素(SiC)単結晶からなる基板上に、積層構造の構成層を順次積層させて形成していた。
【0003】
これに対し最近では、Si単結晶基板に形成したIII族窒化物半導体結晶からなる積層構造を用いて、短波長可視光発光用の発光素子を作製した例がある。
Si単結晶を基板に用いるのは、ダイヤモンド(diamond)構造の結晶構造を有するSi単結晶を基板とすれば、(1)[011]結晶方向への劈開を利用して個別素子(チップ)に簡易に裁断できる、(2)レーザーダイオードでは、劈開により簡便に光共振面を形成できる等の利点があるためである。また、Si単結晶基板は導電性を有するため、オーミック(Ohmic)電極を基板の裏面に形成できる利点もある。
【0004】
しかし、Si単結晶と例えばIII族窒化物半導体のひとつであるウルツ鉱(wurtzite)型の六方晶窒化ガリウム(GaN)との格子定数の差異(格子ミスマッチ度)は約17%の大きさに達する。
このため、Si単結晶基板上に直接GaNのようなIII族窒化物半導体結晶からなる積層構造を形成した場合、結晶性に優れかつ平坦な積層構造を得ることは困難であった。
【0005】
このため、Si単結晶基板上に緩衝層を介してIII族窒化物半導体結晶からなる積層構造を形成する方法も、従来から用いられていた。この場合、緩衝層に窒化アルミニウム(AlN)からなる層が用いられていた例がある(特開平10−242586)。
この従来技術では、AlN緩衝層は840℃で形成されている。しかし、この従来技術のようにSi単結晶基板上に単層のAlN緩衝層を敷設したところで、該緩衝層上に積層したIII族窒化物半導体結晶層の表面の平坦性が、必ずしも充分に確保されるに至っていないのが現状であった。
【0006】
また別の従来技術として、Si単結晶基板の(111)表面に砒化アルミニウム(AlAs)層と砒化ガリウム(GaAs)層とを重ねて積層し、さらに該AlAs層とGaAs層を酸化して、AlOx層とその上のα結晶型の三酸化ガリウム(α−Ga23)層とを形成すれば、その上に表面を平坦とするα結晶型のGaN(α−GaN)層が堆積できるという報告がある(Appl.Phys.Lett.,73(11)(1998)、1553〜1555頁)。
しかし、表面が平坦なGaN層をもたらすこの従来技術では、Si単結晶基板表面上に予めAlAs層とGaAs層とを重ねて積層し、さらに該AlAs層とGaAs層に酸化を及ぼして、AlOx層とその上のα結晶型の三酸化ガリウム(α−Ga23)層とからなる緩衝層を形成するといった煩雑な工程が必要があった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如く、従来の方法により表面が平坦なIII族窒化物半導体結晶層をSi単結晶基板上に形成するためには、砒素(As)を含むIII−V族化合物半導体層を一旦Si単結晶基板上に堆積し、更にそれを酸化してSi単結晶基板上に酸化物からなる緩衝層を形成し、その緩衝層を介して例えばGaN層のようなIII族窒化物半導体結晶層を積層させるという煩雑な工程が必要であった。
【0008】
本発明は、この従来技術の問題点に鑑み成されたもので、Si単結晶結晶基板上に表面の平坦な結晶性の良いIII族窒化物半導体結晶からなる積層構造を形成するために、簡単に形成することが出来る新規な構造の緩衝層を提供するものである。
すなわち本発明は、簡単に形成できる新規な構造の緩衝層を介して、Si単結晶基板上に平坦で結晶性の優れたIII族窒化物半導体結晶から成る積層構造を形成し、Si単結晶を基板とすることにより得られる多くの素子作製上の特点を活用して、特性に優れるIII族窒化物半導体発光素子を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、n形の導電性を有する珪素(Si)単結晶基板と、該基板上に形成された緩衝層と、該緩衝層上に形成されたIII族窒化物半導体結晶からなる積層構造とを具備するIII族窒化物半導体発光素子において、前記緩衝層が、前記Si単結晶基板に接して形成された、ガリウム(Ga)の酸化物を50重量%より多く含む、n形の導電性を有する酸化物緩衝層を有することを特徴とする。
【0010】
また本発明は、上記の緩衝層が、前記酸化物緩衝層上に形成されたIII族窒化物半導体からなる第2の緩衝層を有することを特徴とする。
【0011】
さらに本発明は、上記の酸化物緩衝層が、ベータ(β)結晶型の三酸化ガリウム(β−Ga23)を50重量%より多く含むことを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明は、Si単結晶基板上に形成された緩衝層が、Si単結晶基板に接して形成された、ガリウム(Ga)の酸化物を50重量%より多く含む、n形の導電性を有する酸化物緩衝層を有することを特徴とする。
Gaの酸化物には、一般にGa2O(gallium suboxide)、GaO(gallium oxide)やGa23(gallium sesquioxide)がある(L.A. SHEKA他著、”THE CHEMISTRY OF GALLIUM”(ELSEVIER Pub.Co.,1966)、29〜36頁参照)。また、同じGa23でも、結晶形態からα型(α−Ga23)、β型(β−Ga23)、γ型(γ−Ga23)、δ型(δ−Ga23)、及びε型(ε−Ga23)等がある。
本発明の緩衝層を構成するガリウムの酸化物が、GaOかGa2Oかであるかは、酸化ガリウムの種類によって結晶の格子定数(lattice constant)が異なるため、X線回折分析法(X−ray diffraction analysis)などにより結晶の格子面間隔から同定できる。
【0013】
本発明の酸化物緩衝層は、ガリウム(Ga)の酸化物を50重量%より多く含むものとする。すなわち本発明の酸化物緩衝層は、例えば、Ga23を50重量%を越えて含む、Ga23と酸化インジウム(In23)との混合物から構成できる。また、Gaの酸化物を50重量%より多く含むGa23と酸化カルシウム(CaO)との混合体からも構成できる。
上記のGaの酸化物を50重量%より多く含む酸化物緩衝層は、例えば、トリメトキシガリウム(tri−methoxy gallium:(H3CO)3Ga)を原料とする化学的気相堆積(CVD)法などで形成できる。また、酸化ガリウム粉体をプレス加工したターゲット(target)としたスパッタリング法などの物理的堆積法によっても形成できる。
【0014】
また、本発明の酸化物緩衝層は、n形の導電性を有する酸化物層から構成する。酸化物緩衝層は、p形の導電性を有するものとすることもできるが、酸化物層の比抵抗の安定的な制御性を考慮すれば、酸化物緩衝層はn形の導電性を有する層とするのが有利である。
また、酸化物緩衝層をn形とするのに対応させて、本発明のSi単結晶基板には、n形の導電性を有するSi単結晶を使用する。n形のSi単結晶基板には、アンチモン(Sb)或いはリン(P)などのn形不純物が添加されたSbドープ或いはPドープのSi単結晶などが使用できる。Si単結晶基板の面方位は、(001)方向や(111)方向あるいは上記方向からオフ角を有するものを用いることができる。Si単結晶基板の面方位が何れであっても、本発明の作用あるいは効果は得られる。
【0015】
本発明の酸化物緩衝層の層厚は、数nmから数μmの範囲とするのが好ましい。酸化物緩衝層の厚さが1nm以下であると、酸化物緩衝層は連続性を欠くものとなり、Si単結晶基板の表面を十分に被覆することができない。逆に、酸化物緩衝層の厚さが10μm以上であると、酸化物緩衝層の表面に凹凸が発生し、平坦性を欠くものとなる。特に本発明では、酸化物緩衝層の層厚は、10nm以上1μm以下の厚さとするのが好ましい。
従来の技術のように、Si単結晶基板上に窒化アルミニウム(AlN)からなる緩衝層を構成した場合には、緩衝層上に形成したGaN層の表面は平坦性が損なわれたものとなった(特開平10−242586)。しかし、上記の本発明の緩衝層上には、表面が平坦で結晶性に優れるIII族窒化物半導体結晶からなる積層構造が成長できる。即ち、本発明の緩衝層は、平坦性に優れかつ結晶性の良い積層構造をもたらす作用を有する。
【0016】
また本発明の緩衝層は、上記の酸化物緩衝層の上に形成されたIII族窒化物半導体からなる第2の緩衝層を有していることが好ましい。第2の緩衝層は、一般式AlXGaYIn1-X-YN(0≦X≦1、0≦Y≦1、0≦X+Y≦1)で表されるIII族窒化物半導体から構成できる。第2の緩衝層は、多結晶と非晶質とからなる構造を有するものとする。
第2の緩衝層の介在により、その上に形成するIII族窒化物半導体結晶からなる積層構造は、連続性並びに平坦性に優れたものとなる。
【0017】
酸化物緩衝層の上にIII族窒化物半導体からなる第2の緩衝層を形成した構成の緩衝層としては、例えば、Si単結晶基板に直接接するα−Ga23からなる酸化物緩衝層の上に、GaNからなる第2の緩衝層を形成したものが挙げられる。また、γ−Ga23を50重量%より多く含む酸化物緩衝層をSi単結晶基板上に接して形成し、該酸化物緩衝層上に窒化アルミニウム(AlN)から第2の緩衝層を形成する例もある。
酸化物緩衝層と第2の緩衝層とは、共通のIII族元素を含んでいる必要はない。
【0018】
第2の緩衝層を構成するIII族窒化物半導体は、有機金属化学気相成長(MOCVD)法や分子線エピタキシャル(MBE)法、気相成長(VPE)法で成長できる。上記のMOCVD法、MBE法、VPE法を総称して、本明細書では気相成長法と呼ぶ。第2の緩衝層を成長するためには、上記の気相成長法に共通して、成長温度を350℃〜550℃とするのが好ましい。成長温度を350℃〜550℃とすることにより、第2の緩衝層を多結晶と非晶質とからなる構造とすることができる。
また第2の緩衝層の層厚としては、2nmから200nmの範囲とするのが好適である。第2の緩衝層は、アンドープ層或いはn形不純物ドープ層の何れからも構成でき、ドーピングするn形不純物としては、珪素(Si)、錫(Sn)等の第IV族元素、若しくは硫黄(S)やセレン(Se)などの第VI族元素から選択できる。第2の緩衝層は、n形の導電性を有するものとするのが好ましい。
【0019】
さらに本発明は、上記の酸化物緩衝層が、ベータ(β)結晶型の三酸化ガリウム(β−Ga23)を50重量%より多く含むことが好ましい。これはβ−Ga23が、GaOやGa2Oあるいはα−Ga23等のβ−Ga23以外のGa23に比べて、高温での安定性に優れるからである。
III族窒化物半導体結晶からなる積層構造の成長温度は、一般に1000℃或いはそれを越える高温である。β−Ga23はこの様な高温にも充分に耐える安定性を有している。一方、Ga2Oは約700℃で分解し、またα−Ga23は約300℃〜約600℃でβ−Ga23に変態するなど、β−Ga23以外のGaの酸化物は、高温での形態の安定性に欠ける傾向がある。従って、β−Ga23を50重量%より多く含む酸化物緩衝層を構成すれば、III族窒化物半導体結晶からなる積層構造の成長の際に、酸化物緩衝層の熱的解離或いは昇華による緩衝層の損失、損壊を防止することができる。
【0020】
β−Ga23を50重量%より多く含む酸化物緩衝層をSi単結晶基板上に形成するためには、酸化物緩衝層の形成温度を600℃以上に設定する必要がある。例えば、メトキシ(methoxy)基を有する有機Ga化合物を原料とするCVD法で酸化物緩衝層を形成する場合、500℃以下の形成温度では、Si単結晶基板上にはα−Ga23が主に生成する。また、400℃〜500℃近傍の温度では、γ−Ga23が主に形成される。
アズグローン(as−grown)状態の酸化物緩衝層が、β−Ga23ではなく例えばα−Ga23を主体としている場合、該酸化物緩衝層を少なくとも600℃以上、好ましくは1000℃以上に加熱することにより、β−Ga23を50重量%より多く含む酸化物緩衝層に変換することができる。
【0021】
本発明の緩衝層上には、緩衝層の成長温度よりも高温でIII族窒化物半導体結晶からなる積層構造を形成する。本発明の緩衝層の内部の結晶構造は、非晶質や多結晶や単結晶若しくはそれらの混合物であっても差し支えないが、その上に形成するIII族窒化物半導体結晶からなる積層構造は、発光素子の機能層の役割を果たすため、結晶性に優れる単結晶から構成する必要がある。このため、積層構造の成長温度を緩衝層よりも高温とし、単結晶のIII族窒化物半導体からなる積層構造を形成する必要がある。
【0022】
III族窒化物半導体は、一般にAlXGaYIn1-X-YN(0≦X≦1、0≦Y≦1、0≦X+Y≦1)で表される。また、窒素以外の砒素やリンを含むIII族窒化物半導体、すなわち一般式AlXGaYIn1-X-Ya1-a(0≦X≦1、0≦Y≦1、0≦X+Y≦1、Mは窒素以外の第V族元素を表し、0<a≦1)で表されるIII族窒化物半導体も、積層構造に用いることが出来る。
例えば、Si単結晶基板上に接してGaの酸化物を50重量%より多く含む、n形の導電性を有する酸化物緩衝層を形成し、その上にn形GaN層を下部クラッド層、n形窒化ガリウム・インジウム(GaYIn1-YN:0≦Y≦1)層を発光層、p形AlXGa1-XN(0<X≦1)層を上部クラッド層として順次積層して積層構造を形成すれば、短波長の可視光乃至近紫外光を発光する発光素子用の積層構造が形成できる。さらに、Si単結晶基板の裏面及び積層構造の表面にオーミック(Ohmic)電極を設ければLEDやLD等のIII族窒化物半導体発光素子が構成できる。
【0023】
【実施例】
(実施例1)
以下、本発明の詳細を、LEDを作製する場合を例にして具体的に説明する。図1は、本実施例1に係わるLEDの構造を示す断面模式図である。
【0024】
本実施例1のLEDは、Si単結晶基板101上に緩衝層102を介して積層構造106を形成したエピタキシャルウェハを用いて作製した。該エピタキシャルウェハは、(001)面を有するアンチモン(Sb)をドープしたn形のSi単結晶基板101の上に酸化物緩衝層102を形成し、その上にIII族窒化物半導体結晶からなる積層構造106の構成層103、104、105を積層して形成したものである。
上記のエピタキシャルウェハは以下のようにして作製した。
【0025】
Si単結晶基板101を、MOCVD法による薄膜の成長に用いる一般的なMOCVD反応炉内に載置した後、95体積%のアルゴン(Ar)と5体積%の酸素(O2)との混合ガスからなる雰囲気中で650℃に加熱した。
その後、8×10-5mol/分に相当する量のトリメトキシガリウム((H3CO)3Ga)の蒸気を随伴する水素ガスを反応炉内に導入して、層厚を約10nmとするα型三酸化ガリウム(α−Ga23)からなる酸化物緩衝層102をSi単結晶基板101上に接して堆積した。
このエピタキシャルウェハの作製とは別に、(H3CO)3Gaの供給量を同一に設定し、上記と同一の条件で高抵抗のSi基板上に約0.8μmと厚く形成したα−Ga23からなる酸化物層は、通常のホール(Hall)効果測定法に依ればn形の導電性を有し、そのキャリア濃度は約1017〜1018cm-3であった。また、X線回折分析に依れば、上記の方法で形成した酸化物層は、α−Ga23を75重量%以上含むものであった。
【0026】
酸化物緩衝層102の形成終了後、雰囲気を上記のアルゴンと酸素の混合ガスとし、直ちに基板101の温度を1050℃に昇温した。昇温速度は約80℃/分に設定した。
昇温後、トリメチルガリウムをGa原料とし、アンモニア(NH3)を窒素原料として、通常の常圧MOCVD法により、Siをドープしたn形のGaNからなる下部クラッド層103を成長した。下部クラッド層103の層厚は約3μmとし、キャリア濃度は約3×1018cm-3とした。酸化物緩衝層102上に成長した下部クラッド層103の表面は平坦で連続性に優れるものとなった。
【0027】
下部クラッド層103の成長後、基板101の温度を880℃に下げ、下部クラッド層103上に平均的なインジウム(In)組成比を0.17とするn形Ga0.83In0.17N層を発光層104として常圧MOCVD法で積層した。発光層104はn形でキャリア濃度は約7×1018cm-3に設定し、層厚を約9nmとした。
発光層104は、特に、主体相(matrix phase)と主体相とはインジウム組成比を相違する従属相(sub−phase)から成る多相構造の結晶層から構成した。従属相は、主に、略球状の微結晶体から成っており、主体相内に散在する従属相(微結晶体)の中には、外周囲に歪層(歪領域)を有するものも認められた。
発光層104の成長後、基板101の温度を1050℃に戻し、発光層104との接合界面104aでのアルミニウム(Al)組成比(X)が0.20であり、表面でのAl組成比が0である、層厚を100nmとするマグネシウム(Mg)ドープのp形AlXGa1-XN層を、発光層104上にコンタクト層を兼ねる上部クラッド層105として積層した。
上記のようにして、上記のn形下部クラッド層103、n形の多相構造の発光層104、及び上部クラッド層105よりなるpn接合型のダブルヘテロ(DH)接合構造の発光部を備えたLED用のエピタキシャルウェハを作製した。
【0028】
発光部を構成する積層構造106の各構成層103、104、105は、何れも表面状態に優れ且つ平坦性のある結晶性の良いIII族窒化物半導体結晶から作製することが出来た。特に、酸化物緩衝層102と下部クラッド層103との間には、空隙などは認められず、密着性に優れる積層構造106が作製できた。
【0029】
LEDは、上記のようにして作製したエピタキシャルウェハのSi単結晶基板101の裏面とAl組成の勾配を有するAlXGa1-XNからなる上部クラッド層105の表面に、それぞれn形オーミック電極108およびp形オーミック電極107を形成し、その後素子に分離して作製した。p形およびn形オーミック電極107、108は、ともにAlから構成した。
【0030】
上記のようにして得られたLEDのp形およびn形オーミック電極107、108の間に順方向に20mAの動作電流を流して、LEDを発光させた。LEDからは、ピーク波長を約470nmとし、半値幅を約15nmとするスペクトルを有する青緑色の発光が観察された。
一般的な積分球を利用して測定される発光の強度は約15μWであった。このように、本実施例1では高輝度のIII族窒化物半導体発光素子が得られた。
【0031】
(実施例2)
本実施例2では、酸化物緩衝層と該酸化物緩衝層上に形成されたIII族窒化物半導体からなる第2の緩衝層とからなる緩衝層を具備したLEDを作製する場合を例にして、本発明を具体的に説明する。
図2は本実施例2に係わるLEDの構造を示す断面模式図である。
【0032】
本実施例2に係わるLED用のエピタキシャルウェハの作製は、以下のようにして行った。
まず、リン(P)をドープしたn形の(001)面を有するSi単結晶基板101上に、480℃で主に多結晶から成る酸化物緩衝層102を堆積した。
酸化物緩衝層102は、三酸化ガリウム(Ga23)の粉状混合物を蒸着源とする一般的な真空蒸着法で形成した。X線回折分析の結果に依れば、酸化物緩衝層102の主たる構成要素はγ−Ga23であり、その構成比率は重量比率にして約80%であった。酸化物緩衝層102内には、その他α−Ga23やδ−Ga23の存在が認められた。酸化物緩衝層102の層厚は、約18nmとした。また、酸化物緩衝層102はn形の導電性を示した。
【0033】
酸化物緩衝層102上には、同じく480℃で、トリメチルガリウム((CH33Ga)、トリメチルアルミニウム((CH33Al)及びアンモニア(NH3)を原料とする一般的な常圧MOCVD法により、アルミニウム組成比を0.1とする窒化アルミニウム・ガリウム(Al0.1Ga0.9N)からなる第2の緩衝層109を積層させた。第2の緩衝層109は、多結晶と非晶質からなる構造を有し、層厚は約15nmであった。
【0034】
第2の緩衝層109上には、実施例1と同様の手順により、n形下部クラッド層103、n形の多相構造の発光層104、及び上部クラッド層105からなる積層構造106を形成した。このようにして、実施例1と同じn形下部クラッド層103、n形の多相構造の発光層104、及び上部クラッド層105からなる発光部を有するLED用のエピタキシャルウェハが作製された。
さらに、実施例1と同じ方法により、上記エピタキシャルウェハにp形およびn形オーミック電極107、108を形成し、素子に分離してLEDを作製した。上記のようにして作製したLEDに20mAの順方向電流を流した際の発光のピーク波長は約470nmであった。また一般的な積分球を利用して測定されたLEDの発光強度は、約18μWであった。すなわち本実施例2では、実施例1のLEDに比べてさらに発光強度の高いIII族窒化物半導体発光素子が得られた。
【0035】
(実施例3)
本実施例3では、β−Ga23を50重量%より多く含む酸化物緩衝層を含む緩衝層上にIII族窒化物半導体結晶からなる積層構造を形成してLEDを作製する場合を例にして本発明を具体的に説明する。
本実施例3に係わるLEDの構造は、図2に示すLEDと同一とした。
【0036】
本実施例3に係わるLEDは、以下の手順で作製した。
Sbをドープしたn形の(001)面を有するSi単結晶基板101の表面上に、ガリウム酸化物粉末を高圧プレス法で成型してなしたタ−ゲット材料を使用して、一般的な高周波スパッタリング法により、400℃でα−Ga23を主体とする酸化物層を堆積した。該酸化物層の層厚は約100nmとした。
【0037】
然る後、上記の酸化物層を形成した基板を、アルゴン(Ar)気流中で1100℃で20分間加熱した。これより、酸化物層を構成するα−Ga23をβ−Ga23に変換して、本発明に係わる酸化物緩衝層102を形成した。酸化物緩衝層102中のβ−Ga23の重量構成比率は約98%程度となった。その他は、α−Ga23がほとんどであった。
α−Ga23を加熱してβ−Ga23に変態させて、β−Ga23を50重量%より多く含む酸化物緩衝層102を構成した後、この酸化物緩衝層上に、実施例2と同様にしてAl0.1Ga0.9Nからなる第2の緩衝層109を積層させた。
【0038】
その後、上記の第2の緩衝層109上に、実施例1と同様にして、n形下部クラッド層103、n形の多相構造の発光層104、及び上部クラッド層105からなる積層構造106を形成した。この積層構造106の構成層103、104、105は何れも表面の平坦性に優れるものとなった。
【0039】
続いて、上記の方法で得られたエピタキシャルウェハを用いて、実施例1と同様の方法により、LEDを作製した。
本実施例3で作製したLEDに、20mAの順方向電流を流した際の発光のピーク波長は約472nmとなった。また発光強度は、23μWとなった。
このように発光強度の強いLEDが得られたのは、酸化物緩衝層がほぼβ−Ga23の単体から構成されていること、及び酸化物緩衝層上にIII族窒化物半導体からなる第2の緩衝層を積層したことにより、積層構造を構成する各構成層の結晶性が優れたものとなったことによると考えられる。
このように本実施例3では、発光強度の強いIII族窒化物半導体発光素子が得られる結果となった。
【0040】
【発明の効果】
本発明のIII族窒化物半導体発光素子によれば、Si単結晶結晶基板上に表面の平坦な結晶性の良いIII族窒化物半導体結晶からなる積層構造を形成することができるため、発光強度の強いIII族窒化物半導体発光素子を作製することが出来る。
なお、上記の実施例では、LEDを作製する場合について説明したが、本発明はLDを作製する場合にも用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1に係わるLEDの構造を示す断面模式図。
【図2】実施例2、3に係わるLEDの構造を示す断面模式図。
【符号の説明】
101 Si単結晶基板
102 酸化物緩衝層
103 下部クラッド層
104 発光層
104a 発光層と上部クラッド層との接合界面
105 上部クラッド層
106 積層構造
107 p形オーミック電極
108 n形オーミック電極
109 第2の緩衝層
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a group III nitride semiconductor light emitting device manufactured by forming a laminated structure made of a group III nitride semiconductor crystal on a silicon (Si) single crystal substrate, and in particular, a suitable buffer layer is provided on the substrate. In particular, the present invention relates to a group III nitride semiconductor light emitting device manufactured using a laminated structure made of a group III nitride semiconductor crystal having good crystallinity.
[0002]
[Prior art]
A laminated structure made of a group III nitride semiconductor crystal containing nitrogen (N) as a constituent element is used in light emitting elements such as light emitting diodes (LEDs) and laser diodes (LD) for short wavelength visible light emission.
Conventionally, a laminated structure made of a group III nitride semiconductor crystal used in the above light emitting device is exclusively a hexagonal sapphire (Al 2 O Three On the substrate made of a single crystal) or silicon carbide (SiC) single crystal, constituent layers having a multilayer structure are sequentially laminated.
[0003]
In contrast, recently, there has been an example in which a light-emitting element for emitting short-wavelength visible light is produced using a laminated structure made of a group III nitride semiconductor crystal formed on a Si single crystal substrate.
The Si single crystal is used for the substrate. If the Si single crystal having a diamond structure is used as the substrate, (1) [011] cleavage into the individual element (chip) using the cleavage in the crystal direction. This is because (2) a laser diode can be easily cut, and has an advantage that an optical resonance surface can be easily formed by cleavage. In addition, since the Si single crystal substrate has conductivity, there is an advantage that an ohmic electrode can be formed on the back surface of the substrate.
[0004]
However, the difference in lattice constant (lattice mismatch degree) between Si single crystal and, for example, wurtzite hexagonal gallium nitride (GaN), which is one of group III nitride semiconductors, reaches about 17%. .
For this reason, when a laminated structure made of a group III nitride semiconductor crystal such as GaN is directly formed on a Si single crystal substrate, it is difficult to obtain a flat laminated structure with excellent crystallinity.
[0005]
For this reason, a method of forming a laminated structure made of a group III nitride semiconductor crystal on a Si single crystal substrate via a buffer layer has been conventionally used. In this case, there is an example in which a layer made of aluminum nitride (AlN) is used for the buffer layer (Japanese Patent Laid-Open No. 10-242586).
In this prior art, the AlN buffer layer is formed at 840 ° C. However, when a single-layer AlN buffer layer is laid on a Si single crystal substrate as in this prior art, the flatness of the surface of the group III nitride semiconductor crystal layer stacked on the buffer layer is not necessarily ensured. It was the current situation that has not been achieved.
[0006]
As another conventional technique, an aluminum arsenide (AlAs) layer and a gallium arsenide (GaAs) layer are stacked on the (111) surface of a Si single crystal substrate, and the AlAs layer and the GaAs layer are oxidized to form AlO. x Layer and the α crystal type gallium trioxide (α-Ga on it) 2 O Three ) Layer, an α crystal type GaN (α-GaN) layer having a flat surface can be deposited thereon (Appl. Phys. Lett., 73 (11) (1998), 1553 to 1555).
However, in this prior art that provides a flat GaN layer, an AlAs layer and a GaAs layer are stacked in advance on the surface of the Si single crystal substrate, and the AlAs layer and the GaAs layer are further oxidized to form an AlO layer. x Layer and the α crystal type gallium trioxide (α-Ga on it) 2 O Three ), A complicated process such as forming a buffer layer is required.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in order to form a group III nitride semiconductor crystal layer having a flat surface on a Si single crystal substrate by a conventional method, a group III-V compound semiconductor layer containing arsenic (As) is once formed into a Si single crystal. A buffer layer made of an oxide is formed on a Si single crystal substrate by depositing on the substrate and further oxidizing it, and a group III nitride semiconductor crystal layer such as a GaN layer is stacked through the buffer layer. A complicated process was necessary.
[0008]
The present invention has been made in view of the problems of the prior art. In order to form a laminated structure made of a group III nitride semiconductor crystal having a flat surface and good crystallinity on a Si single crystal substrate, the present invention is simple. The present invention provides a buffer layer having a novel structure that can be formed in the following manner.
That is, the present invention forms a laminated structure composed of a group III nitride semiconductor crystal having a flat and excellent crystallinity on a Si single crystal substrate through a buffer layer having a novel structure that can be easily formed. An object of the present invention is to provide a group III nitride semiconductor light-emitting device having excellent characteristics by utilizing many of the features in device fabrication obtained by using a substrate.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
That is, the present invention relates to a laminated structure comprising an n-type conductive silicon (Si) single crystal substrate, a buffer layer formed on the substrate, and a group III nitride semiconductor crystal formed on the buffer layer. And the buffer layer includes an oxide of gallium (Ga) formed in contact with the Si single crystal substrate in an amount of more than 50% by weight. It has the oxide buffer layer which has this.
[0010]
Further, the present invention is characterized in that the buffer layer has a second buffer layer made of a group III nitride semiconductor formed on the oxide buffer layer.
[0011]
Further, according to the present invention, the oxide buffer layer includes a beta (β) crystal type gallium trioxide (β-Ga). 2 O Three ) In an amount of more than 50% by weight.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention has an n-type conductivity in which the buffer layer formed on the Si single crystal substrate contains more than 50% by weight of a gallium (Ga) oxide formed in contact with the Si single crystal substrate. It has an oxide buffer layer.
Ga oxides generally include Ga 2 O (gallium oxide), GaO (gallium oxide) and Ga 2 O Three (See Galle sesquioxide) (see LA SHEKA et al., “THE CHEMISTRY OF GALLIUM” (ELSEVIER Pub. Co., 1966), pages 29-36). The same Ga 2 O Three However, from the crystal form, α-type (α-Ga 2 O Three ), Β-type (β-Ga 2 O Three ), Γ type (γ-Ga 2 O Three ), Δ type (δ-Ga 2 O Three ) And ε-type (ε-Ga 2 O Three ) Etc.
The gallium oxide constituting the buffer layer of the present invention is GaO or Ga. 2 Whether it is O or not can be identified from the lattice spacing of the crystal by X-ray diffraction analysis or the like because the lattice constant of the crystal differs depending on the type of gallium oxide.
[0013]
The oxide buffer layer of the present invention contains more than 50% by weight of gallium (Ga) oxide. That is, the oxide buffer layer of the present invention includes, for example, Ga 2 O Three More than 50% by weight, Ga 2 O Three And indium oxide (In 2 O Three )). Ga containing more than 50% by weight of Ga oxide 2 O Three And a mixture of calcium oxide (CaO).
The oxide buffer layer containing more than 50% by weight of the Ga oxide is, for example, tri-methoxy gallium: (H Three CO) Three It can be formed by a chemical vapor deposition (CVD) method using Ga) as a raw material. It can also be formed by a physical deposition method such as a sputtering method using a gallium oxide powder pressed as a target.
[0014]
The oxide buffer layer of the present invention is composed of an oxide layer having n-type conductivity. Although the oxide buffer layer may have p-type conductivity, the oxide buffer layer has n-type conductivity in consideration of stable controllability of the specific resistance of the oxide layer. A layer is advantageous.
Further, corresponding to the oxide buffer layer being n-type, an Si single crystal having n-type conductivity is used for the Si single crystal substrate of the present invention. As the n-type Si single crystal substrate, Sb-doped or P-doped Si single crystal to which an n-type impurity such as antimony (Sb) or phosphorus (P) is added can be used. As the plane orientation of the Si single crystal substrate, the (001) direction, the (111) direction, or one having an off angle from the above direction can be used. The action or effect of the present invention can be obtained regardless of the plane orientation of the Si single crystal substrate.
[0015]
The thickness of the oxide buffer layer of the present invention is preferably in the range of several nm to several μm. When the thickness of the oxide buffer layer is 1 nm or less, the oxide buffer layer lacks continuity and cannot sufficiently cover the surface of the Si single crystal substrate. On the other hand, if the thickness of the oxide buffer layer is 10 μm or more, irregularities are generated on the surface of the oxide buffer layer, resulting in lack of flatness. Particularly in the present invention, the thickness of the oxide buffer layer is preferably 10 nm or more and 1 μm or less.
When a buffer layer made of aluminum nitride (AlN) is formed on a Si single crystal substrate as in the prior art, the surface of the GaN layer formed on the buffer layer is impaired in flatness. (Unexamined-Japanese-Patent No. 10-242586). However, a laminated structure made of a group III nitride semiconductor crystal having a flat surface and excellent crystallinity can be grown on the buffer layer of the present invention. That is, the buffer layer of the present invention has an effect of providing a laminated structure having excellent flatness and good crystallinity.
[0016]
Moreover, it is preferable that the buffer layer of this invention has the 2nd buffer layer which consists of a group III nitride semiconductor formed on said oxide buffer layer. The second buffer layer has the general formula Al X Ga Y In 1-XY It can be composed of a group III nitride semiconductor represented by N (0 ≦ X ≦ 1, 0 ≦ Y ≦ 1, 0 ≦ X + Y ≦ 1). The second buffer layer has a structure composed of polycrystalline and amorphous.
Due to the interposition of the second buffer layer, the laminated structure formed of the group III nitride semiconductor crystal formed thereon has excellent continuity and flatness.
[0017]
As the buffer layer having the structure in which the second buffer layer made of a group III nitride semiconductor is formed on the oxide buffer layer, for example, α-Ga directly in contact with the Si single crystal substrate is used. 2 O Three In this case, a second buffer layer made of GaN is formed on the oxide buffer layer made of. In addition, γ-Ga 2 O Three There is also an example in which an oxide buffer layer containing more than 50 wt% is formed in contact with a Si single crystal substrate, and a second buffer layer is formed from aluminum nitride (AlN) on the oxide buffer layer.
The oxide buffer layer and the second buffer layer do not need to contain a common group III element.
[0018]
The group III nitride semiconductor constituting the second buffer layer can be grown by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), molecular beam epitaxy (MBE), or vapor phase epitaxy (VPE). The MOCVD method, the MBE method, and the VPE method are collectively referred to as a vapor deposition method in this specification. In order to grow the second buffer layer, the growth temperature is preferably set to 350 ° C. to 550 ° C. in common with the vapor phase growth method. By setting the growth temperature to 350 ° C. to 550 ° C., the second buffer layer can have a structure made of polycrystalline and amorphous.
The layer thickness of the second buffer layer is preferably in the range of 2 nm to 200 nm. The second buffer layer can be composed of either an undoped layer or an n-type impurity doped layer. As the n-type impurity to be doped, a group IV element such as silicon (Si) or tin (Sn), or sulfur (S ) And selenium (Se). The second buffer layer preferably has n-type conductivity.
[0019]
Further, according to the present invention, the oxide buffer layer includes a beta (β) crystal type gallium trioxide (β-Ga). 2 O Three ) In an amount of more than 50% by weight. This is β-Ga 2 O Three However, GaO and Ga 2 O or α-Ga 2 O Three Β-Ga 2 O Three Ga other than 2 O Three This is because it is superior in stability at high temperatures.
The growth temperature of a laminated structure made of a group III nitride semiconductor crystal is generally a high temperature of 1000 ° C. or higher. β-Ga 2 O Three Has sufficient stability to withstand such high temperatures. On the other hand, Ga 2 O decomposes at about 700 ° C., and α-Ga 2 O Three Is β-Ga at about 300 ° C. to about 600 ° C. 2 O Three Transformation into β-Ga 2 O Three Other oxides of Ga tend to lack the stability of the form at high temperatures. Therefore, β-Ga 2 O Three If the oxide buffer layer containing more than 50% by weight of the oxide buffer layer is formed, the loss or damage of the buffer layer due to thermal dissociation or sublimation of the oxide buffer layer may be reduced during the growth of the laminated structure composed of the group III nitride semiconductor crystal. Can be prevented.
[0020]
β-Ga 2 O Three In order to form an oxide buffer layer containing more than 50 wt% on the Si single crystal substrate, it is necessary to set the formation temperature of the oxide buffer layer to 600 ° C. or higher. For example, when an oxide buffer layer is formed by a CVD method using an organic Ga compound having a methoxy group as a raw material, α-Ga is formed on a Si single crystal substrate at a formation temperature of 500 ° C. or lower. 2 O Three Is mainly generated. Moreover, at temperatures around 400 ° C. to 500 ° C., γ-Ga 2 O Three Is mainly formed.
The oxide buffer layer in the as-grown state is β-Ga 2 O Three Instead of eg α-Ga 2 O Three When the oxide buffer layer is heated to at least 600 ° C. or higher, preferably 1000 ° C. or higher, β-Ga 2 O Three Can be converted to an oxide buffer layer containing more than 50% by weight.
[0021]
On the buffer layer of the present invention, a laminated structure made of a group III nitride semiconductor crystal is formed at a temperature higher than the growth temperature of the buffer layer. The crystal structure inside the buffer layer of the present invention may be amorphous, polycrystalline, single crystal, or a mixture thereof, but the laminated structure formed of the group III nitride semiconductor crystal formed thereon is In order to play the role of the functional layer of the light emitting element, it is necessary to form a single crystal having excellent crystallinity. For this reason, it is necessary to set the growth temperature of the laminated structure to be higher than that of the buffer layer and to form a laminated structure made of a single crystal group III nitride semiconductor.
[0022]
Group III nitride semiconductors are generally Al X Ga Y In 1-XY N (0 ≦ X ≦ 1, 0 ≦ Y ≦ 1, 0 ≦ X + Y ≦ 1). In addition, group III nitride semiconductors containing arsenic and phosphorus other than nitrogen, that is, the general formula Al X Ga Y In 1-XY N a M 1-a A group III nitride semiconductor represented by (0 ≦ X ≦ 1, 0 ≦ Y ≦ 1, 0 ≦ X + Y ≦ 1, M represents a group V element other than nitrogen, and 0 <a ≦ 1) is also a laminated structure Can be used.
For example, an n-type conductive oxide buffer layer containing more than 50% by weight of Ga oxide in contact with an Si single crystal substrate is formed, and an n-type GaN layer is formed thereon as a lower cladding layer, n Gallium nitride indium (Ga Y In 1-Y N: 0 ≦ Y ≦ 1) layer as light emitting layer, p-type Al X Ga 1-X By sequentially laminating N (0 <X ≦ 1) layers as upper clad layers to form a laminated structure, a laminated structure for a light emitting element that emits short-wavelength visible light to near ultraviolet light can be formed. Furthermore, if an ohmic electrode is provided on the back surface of the Si single crystal substrate and the surface of the laminated structure, a group III nitride semiconductor light emitting device such as an LED or LD can be configured.
[0023]
【Example】
(Example 1)
Hereinafter, the details of the present invention will be specifically described with reference to the case of manufacturing an LED. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of an LED according to the first embodiment.
[0024]
The LED of Example 1 was manufactured using an epitaxial wafer in which the laminated structure 106 was formed on the Si single crystal substrate 101 with the buffer layer 102 interposed therebetween. In the epitaxial wafer, an oxide buffer layer 102 is formed on an n-type Si single crystal substrate 101 doped with antimony (Sb) having a (001) plane, and a group III nitride semiconductor crystal is formed thereon. The structure layers 103, 104, and 105 of the structure 106 are stacked.
The above epitaxial wafer was produced as follows.
[0025]
After placing the Si single crystal substrate 101 in a general MOCVD reactor used for growing a thin film by MOCVD, 95 vol% argon (Ar) and 5 vol% oxygen (O 2 ) In an atmosphere consisting of a mixed gas.
Then 8 × 10 -Five The amount of trimethoxygallium ((H Three CO) Three Hydrogen gas accompanied by vapor of Ga) is introduced into the reactor to form α-type gallium trioxide (α-Ga) having a layer thickness of about 10 nm. 2 O Three The oxide buffer layer 102 is deposited on the Si single crystal substrate 101 in contact therewith.
Apart from the production of this epitaxial wafer, (H Three CO) Three Α-Ga formed to be approximately 0.8 μm thick on a high-resistance Si substrate under the same conditions as above, with the same Ga supply amount 2 O Three The oxide layer of n has n-type conductivity according to the usual Hall effect measurement method, and its carrier concentration is about 10 17 -10 18 cm -3 Met. Further, according to the X-ray diffraction analysis, the oxide layer formed by the above method is α-Ga. 2 O Three Was 75% by weight or more.
[0026]
After the formation of the oxide buffer layer 102 was completed, the atmosphere was changed to the above-described mixed gas of argon and oxygen, and the temperature of the substrate 101 was immediately increased to 1050 ° C. The heating rate was set to about 80 ° C./min.
After the temperature rise, trimethylgallium is used as a Ga raw material, and ammonia (NH Three The lower cladding layer 103 made of n-type GaN doped with Si was grown by a normal atmospheric pressure MOCVD method using a nitrogen source. The thickness of the lower cladding layer 103 is about 3 μm, and the carrier concentration is about 3 × 10 18 cm -3 It was. The surface of the lower cladding layer 103 grown on the oxide buffer layer 102 was flat and excellent in continuity.
[0027]
After the growth of the lower cladding layer 103, the temperature of the substrate 101 is lowered to 880 ° C., and the n-type Ga having an average indium (In) composition ratio of 0.17 on the lower cladding layer 103 0.83 In 0.17 The N layer was stacked as the light emitting layer 104 by the atmospheric pressure MOCVD method. The light emitting layer 104 is n-type and has a carrier concentration of about 7 × 10. 18 cm -3 And the layer thickness was about 9 nm.
In particular, the light emitting layer 104 is composed of a crystal layer having a multi-phase structure including a matrix phase and a sub-phase having a different indium composition ratio between the main phase and the main phase. The subordinate phase is mainly composed of substantially spherical microcrystals, and some subordinate phases (microcrystals) scattered in the main phase have a strained layer (strain region) on the outer periphery. It was.
After the growth of the light emitting layer 104, the temperature of the substrate 101 is returned to 1050 ° C., the aluminum (Al) composition ratio (X) at the bonding interface 104a with the light emitting layer 104 is 0.20, and the Al composition ratio on the surface is Magnesium (Mg) doped p-type Al with a layer thickness of 100 nm X Ga 1-X The N layer was stacked on the light emitting layer 104 as the upper cladding layer 105 that also serves as a contact layer.
As described above, the light emitting part of the pn junction type double hetero (DH) junction structure including the n-type lower clad layer 103, the n-type multiphase light-emitting layer 104, and the upper clad layer 105 is provided. An epitaxial wafer for LED was produced.
[0028]
Each of the constituent layers 103, 104, and 105 of the laminated structure 106 constituting the light emitting portion could be made from a group III nitride semiconductor crystal having excellent surface condition and good crystallinity with flatness. In particular, no gap or the like was observed between the oxide buffer layer 102 and the lower cladding layer 103, and a laminated structure 106 having excellent adhesion could be produced.
[0029]
The LED has an Al composition gradient with the back surface of the Si single crystal substrate 101 of the epitaxial wafer fabricated as described above. X Ga 1-X An n-type ohmic electrode 108 and a p-type ohmic electrode 107 were formed on the surface of the upper cladding layer 105 made of N, respectively, and then separated into devices. Both the p-type and n-type ohmic electrodes 107 and 108 were made of Al.
[0030]
A 20 mA operating current was passed in the forward direction between the p-type and n-type ohmic electrodes 107 and 108 of the LED obtained as described above to cause the LED to emit light. Blue-green light having a spectrum with a peak wavelength of about 470 nm and a half-value width of about 15 nm was observed from the LED.
The intensity of luminescence measured using a general integrating sphere was about 15 μW. Thus, in Example 1, a high-intensity group III nitride semiconductor light-emitting device was obtained.
[0031]
(Example 2)
In Example 2, an example in which an LED including a buffer layer including an oxide buffer layer and a second buffer layer made of a group III nitride semiconductor formed on the oxide buffer layer is manufactured. The present invention will be specifically described.
FIG. 2 is a schematic sectional view showing the structure of the LED according to the second embodiment.
[0032]
An epitaxial wafer for LED according to Example 2 was manufactured as follows.
First, an oxide buffer layer 102 mainly made of polycrystal was deposited at 480 ° C. on a Si single crystal substrate 101 having an n-type (001) plane doped with phosphorus (P).
The oxide buffer layer 102 includes gallium trioxide (Ga 2 O Three )) In a general vacuum deposition method using a powdery mixture as a deposition source. According to the result of X-ray diffraction analysis, the main component of the oxide buffer layer 102 is γ-Ga. 2 O Three The composition ratio was about 80% by weight. In the oxide buffer layer 102, other α-Ga 2 O Three And δ-Ga 2 O Three The existence of The layer thickness of the oxide buffer layer 102 was about 18 nm. The oxide buffer layer 102 exhibited n-type conductivity.
[0033]
On the oxide buffer layer 102, trimethylgallium ((CH Three ) Three Ga), trimethylaluminum ((CH Three ) Three Al) and ammonia (NH Three ) Aluminum nitride gallium (Al) with an aluminum composition ratio of 0.1 by a general atmospheric pressure MOCVD method using as a raw material 0.1 Ga 0.9 A second buffer layer 109 made of N) was laminated. The second buffer layer 109 had a structure composed of polycrystalline and amorphous, and the layer thickness was about 15 nm.
[0034]
On the second buffer layer 109, a laminated structure 106 including an n-type lower cladding layer 103, an n-type multiphase light-emitting layer 104, and an upper cladding layer 105 was formed by the same procedure as in Example 1. . In this manner, an epitaxial wafer for LED having a light emitting portion comprising the same n-type lower clad layer 103, n-type multiphase light emitting layer 104, and upper clad layer 105 as in Example 1 was produced.
Furthermore, by the same method as in Example 1, p-type and n-type ohmic electrodes 107 and 108 were formed on the epitaxial wafer, and separated into elements to produce LEDs. The peak wavelength of light emission when a forward current of 20 mA was passed through the LED produced as described above was about 470 nm. Further, the light emission intensity of the LED measured using a general integrating sphere was about 18 μW. That is, in Example 2, a Group III nitride semiconductor light-emitting device having higher emission intensity than the LED of Example 1 was obtained.
[0035]
(Example 3)
In Example 3, β-Ga 2 O Three The present invention will be specifically described by taking as an example a case where an LED is manufactured by forming a laminated structure made of a group III nitride semiconductor crystal on a buffer layer including an oxide buffer layer containing more than 50% by weight.
The structure of the LED according to Example 3 was the same as the LED shown in FIG.
[0036]
The LED according to Example 3 was manufactured by the following procedure.
Using a target material formed by molding a gallium oxide powder by a high-pressure press method on the surface of a Si single crystal substrate 101 having an n-type (001) plane doped with Sb, a general high frequency wave is used. Α-Ga at 400 ° C. by sputtering. 2 O Three An oxide layer mainly composed of was deposited. The thickness of the oxide layer was about 100 nm.
[0037]
Thereafter, the substrate on which the oxide layer was formed was heated at 1100 ° C. for 20 minutes in an argon (Ar) stream. From this, α-Ga constituting the oxide layer 2 O Three Β-Ga 2 O Three The oxide buffer layer 102 according to the present invention was formed. Β-Ga in the oxide buffer layer 102 2 O Three The weight composition ratio was about 98%. Others are α-Ga 2 O Three Was almost.
α-Ga 2 O Three Is heated to β-Ga 2 O Three To β-Ga 2 O Three After forming the oxide buffer layer 102 containing more than 50% by weight, Al was formed on the oxide buffer layer in the same manner as in Example 2. 0.1 Ga 0.9 A second buffer layer 109 made of N was laminated.
[0038]
After that, on the second buffer layer 109, a laminated structure 106 composed of the n-type lower cladding layer 103, the n-type multiphase light-emitting layer 104, and the upper cladding layer 105 is formed in the same manner as in Example 1. Formed. All of the constituent layers 103, 104, and 105 of the laminated structure 106 were excellent in surface flatness.
[0039]
Then, LED was produced by the method similar to Example 1 using the epitaxial wafer obtained by said method.
The peak wavelength of light emission when a forward current of 20 mA was passed through the LED produced in Example 3 was about 472 nm. The emission intensity was 23 μW.
Thus, an LED having a strong emission intensity was obtained because the oxide buffer layer was almost β-Ga. 2 O Three And the second buffer layer made of a group III nitride semiconductor is stacked on the oxide buffer layer, so that the crystallinity of each component layer constituting the stacked structure is excellent. It is thought that it became.
As described above, in Example 3, a group III nitride semiconductor light-emitting device having high emission intensity was obtained.
[0040]
【The invention's effect】
According to the group III nitride semiconductor light-emitting device of the present invention, a laminated structure composed of a group III nitride semiconductor crystal having a flat surface and good crystallinity can be formed on a Si single crystal substrate, so that the emission intensity is high. A strong group III nitride semiconductor light emitting device can be produced.
In the above-described embodiments, the case where an LED is manufactured has been described. However, the present invention can also be used when an LD is manufactured.
[Brief description of the drawings]
1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of an LED according to Example 1;
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the structure of an LED according to Examples 2 and 3;
[Explanation of symbols]
101 Si single crystal substrate
102 Oxide buffer layer
103 Lower cladding layer
104 Light emitting layer
104a Junction interface between light-emitting layer and upper cladding layer
105 Upper cladding layer
106 Laminated structure
107 p-type ohmic electrode
108 n-type ohmic electrode
109 Second buffer layer

Claims (3)

n形の導電性を有する珪素(Si)単結晶基板と、該基板上に形成された緩衝層と、該緩衝層上に形成されたIII族窒化物半導体結晶からなる積層構造とを具備するIII族窒化物半導体発光素子において、前記緩衝層が、前記Si単結晶基板に接して形成された、ガリウム(Ga)の酸化物を50重量%より多く含む、n形の導電性を有する酸化物緩衝層を有することを特徴とするIII族窒化物半導体発光素子。III having a silicon (Si) single crystal substrate having n-type conductivity, a buffer layer formed on the substrate, and a laminated structure made of a group III nitride semiconductor crystal formed on the buffer layer In the group nitride semiconductor light-emitting device, the buffer layer is formed in contact with the Si single crystal substrate and includes an oxide buffer having an n-type conductivity and containing more than 50% by weight of an oxide of gallium (Ga). A group III nitride semiconductor light-emitting device comprising a layer. 前記緩衝層が、前記酸化物緩衝層上に形成されたIII族窒化物半導体からなる第2の緩衝層を有することを特徴とする請求項1に記載のIII族窒化物半導体発光素子。2. The group III nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the buffer layer has a second buffer layer made of a group III nitride semiconductor formed on the oxide buffer layer. 3. 前記酸化物緩衝層が、ベータ(β)結晶型の三酸化ガリウム(β−Ga23)を50重量%より多く含むことを特徴とする請求項1または2に記載のIII族窒化物半導体発光素子。 3. The group III nitride semiconductor according to claim 1, wherein the oxide buffer layer contains more than 50 wt% of beta (β) crystal type gallium trioxide (β-Ga 2 O 3 ). Light emitting element.
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JP3679097B2 (en) 2002-05-31 2005-08-03 株式会社光波 Light emitting element
JP4754164B2 (en) * 2003-08-08 2011-08-24 株式会社光波 Semiconductor layer
US9153960B2 (en) 2004-01-15 2015-10-06 Comarco Wireless Technologies, Inc. Power supply equipment utilizing interchangeable tips to provide power and a data signal to electronic devices
CN100418240C (en) * 2005-10-18 2008-09-10 南京大学 Method for growing InGaN/GaN quantum hydrolazium LED device structure on beta digallium trioxide substrate
KR100774359B1 (en) 2006-10-23 2007-11-08 부산대학교 산학협력단 Manufacturing method of transparent fet epitaxial grown ga2o3 thin film on gan/al2o3 and the fet
KR101781505B1 (en) * 2010-10-15 2017-09-26 엘지디스플레이 주식회사 Gallium nitride type semiconductor light emitting device and method of fabricating the same
JP5793732B2 (en) * 2011-07-27 2015-10-14 高知県公立大学法人 Highly crystalline conductive α-type gallium oxide thin film doped with dopant and method for producing the same
JP6459001B2 (en) * 2013-07-09 2019-01-30 株式会社Flosfia Method for manufacturing semiconductor device or crystal structure
JP6152514B2 (en) * 2013-10-17 2017-06-28 株式会社Flosfia Semiconductor device and manufacturing method thereof, and crystal and manufacturing method thereof
JP5987229B2 (en) * 2015-03-09 2016-09-07 高知県公立大学法人 Highly crystalline conductive α-type gallium oxide thin film doped with dopant and method for producing the same
WO2023182312A1 (en) * 2022-03-25 2023-09-28 国立大学法人東海国立大学機構 SUBSTRATE WITH β-GALLIUM OXIDE FILM AND PRODUCTION METHOD THEREFOR
CN116190520A (en) * 2023-05-05 2023-05-30 江西兆驰半导体有限公司 LED epitaxial wafer for improving wavelength yield, preparation method thereof and LED chip

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