JP4413374B2 - GaN-based light emitting device creation method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、GaN系化合物半導体から構成される発光素子を作成するためのGaN系発光素子作成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
GaN(窒化ガリウム)は、周期律表を元にした化合物半導体の分類からすると、III−V族窒化物半導体に属する材料であり、その結晶構造は六方晶系のウルツ鉱型構造である。このIII−V族窒化物半導体に属する材料としては、他に窒化アルミニウム(AlN)、窒化インジウム(InN)などがある。これらはすべてエネルギーバンド構造が直接遷移型なので、SiCなど間接遷移型に属する材料に比べると発光効率の点で本質的に優れた特性をもつ材料として知られている。
【0003】
また、これらの混晶である(Al,Ga,In)Nは、混晶比によってバンドギャップエネルギーEgを1.95〜6.28eVと広い範囲で変えることができる。したがって、紫外から赤色まで可視領域の色のすべてを発色光として実現できる可能性をもっている。さらに、これらの材料に共通する高融点、高硬度、高熱伝導度などの特徴は、耐環境性に優れた信頼性の高いデバイスとなりうるため、発光デバイスの材料として特に有望視されている。
【0004】
このようにGaN系化合物半導体は、発光材料としての十分なポテンシャルをもっており、特に発色光として青色を有することから、紫外発光ダイオード(LED)の実現が可能である。よって、これに、既存の赤色および緑色のLEDを組み合わせることで、LEDを用いたフルカラーディスプレイの実現も可能となる。
【0005】
一般に、LEDやLD(レーザダイオード)の作成にあたっては、エピタキシャル成長による薄膜を得るために、使用する基板としてその格子定数が発光材料と十分高い整合性を有するものが要求される。この要求を満たさない場合には、薄膜の結晶構造が基板の結晶構造と異なり、格子定数にミスマッチが生じるため、薄膜成長の初期に薄膜構造が乱れたものになりやすく、発光効率や寿命の低下を招いてしまう。
【0006】
ところが、GaN系のLEDの作成においては、市販のエピタキシャル成長用基板の中に格子定数の整合したものがなく、実際に成長用として使われているサファイア基板でも15%近く格子定数がずれている。このことから、良質の結晶を成長させるのは大変困難であり、過去において長く、発光素子としての技術進展がみられなかった。
【0007】
また、GaNを成長するには、基板を約1000℃まで加熱しなければならないが、この温度になると、GaNの蒸気圧が高くなってしまうため、GaN膜の結晶性を向上させるのはきわめて難しく、さらに、GaNにはp型結晶ができないという問題もあったため、GaN系発光素子の実現をより困難にしていた。
【0008】
このような背景のもと、近年において、基板上にまずAlNまたはGaNで薄いバッファ層を形成した後にGaN膜を成長させると、結晶性が飛躍的に向上するということが見出され、これにより格子不整合による結晶性の問題が解決された。また、MgをドープしたGaN膜に対して、電子線の照射あるいは熱的アニーリング処理をおこなうと低抵抗のp型GaN膜が作成されるという知見も得られた。このような結果、現在においては、GaN系材料のpn接合が実現可能となっており、上記したInGaN等の混晶膜も得ることができるようになった。
【0009】
以下に、活性層をInGaNとしたGaN系LEDの代表的な作成方法について説明する。GaN系LEDは、薄膜の多層構造として提供されるが、ここでは、その薄膜の作成方法としてMOCVD(Metal‐Organic Chemical Vapor Deposition)方法を採用した場合について説明する。
【0010】
まず、GaN系LEDを作成するにあたって、半絶縁性のサファイア基板または導電性のSiC基板上に、アンモニア(NH3)およびトリメチルアルミニウム(TMA)を用いて、AlNバッファ層を成長させる。
【0011】
さらにその上に、トリメチルガリウム(TMG)とアンモニア(NH3)およびシラン(SiH4)をガス原料として、成長温度1050℃のもと、Siドープのn型GaN層を成長させる。さらにその上に、上記原料にTMAを加えて、成長温度1050℃のもと、クラッド層として機能するn型AlGaN層を成長させる。そしてその上に、トリメチルインジウム(TMI)、TMGおよびNH3をガス原料として、同温度で、活性層となるノンドープのInGaN層を形成する。
【0012】
さらにその上に、シクロペンタジエニルマグネシウム(CpMg)をドーパントとして、同温度で、もう一方のクラッド層となるp型AlGaN層を成長させる。そして最後に、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム(bCpMg)をドーパントとして、同温度のもと、p型GaN層を成長させる。
【0013】
このように、LEDを構成する積層膜は、サファイア基板の上に低温で堆積されたバッファ層、n型低抵抗層、n型クラッド層、活性層、p型クラッド層、p型低抵抗層の順とするのが一般的である。
【0014】
上記薄膜の積層後、電極を形成するためのパターニングをおこなうために、SiO2等をその表面にプラズマCVD装置を用いて堆積させた後、n型電極を形成するためにフォトレジストおよび化学エッチング等を用いてエッチングしパターニングする。この場合、上記したn型GaNの一部までがエッチングされ、その上面にTi/Al等の金属を蒸着することで、n型電極を形成する。一方、p型電極は、上記したp型GaNの上面に、Au/Ni等の金属を蒸着することで形成する。
【0015】
このように、InGaNを活性層としたGaN系LEDは、その作成方法も確立されており、さらに、Inの添加による発光中心の形成によって高輝度の発光が得られることから、実際の製品として市場に多く出回っている。ところが、このInGaNを活性層としたLEDでは、青紫色の発光は十分な実用を満たすものの、Inのドープ量を変化させることで他の発色を実現しようとした場合、長波長側においてせいぜい橙色までの発光が確認されるだけであり、RGBの基本色の一つである赤色の発光は実現されていないのが現状である。すなわち、InGaNを活性層としたLEDのみで、そのドープ率を変化させることによるRGB全基本色の発光は、実現されていなかった。
【0016】
ところが、近年、燐(P)または砒素(As)を添加したGaN系材料も青色LEDの材料として有望であることがわかってきた。これら添加物をドープしたGaNPやGaNAsは、その添加物のドープ量に応じて、紫外から赤色まで幅広い発色が可能であり、RGB全基本色の発光が実現されるものと期待されている。
【0017】
例えば、GaNAsは、10%以内のAsの添加により、紫外から赤色までの発色が可能であり、GaNPは、15%以内のPの添加により、紫外から赤外までの発色が可能である。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、GaPやGaAsがPやAsのドープ量に対して略線形の変化範囲の小さなエネルギーギャップを有する一方で、GaNAsやGaNPは、上記したようにPやAsのドープ量に対してエネルギーギャップの変化が大きく、その変化の形態も非線形であるので制御しにくいという問題があった。
【0019】
また、薄膜の形成においては、基板や薄膜の表面に衝突した原子・分子は、一部反射し、他は表面上に留まることが知られている。表面上に留まった原子・分子は、自らの持つエネルギーと基板の温度によるエネルギーで表面拡散(マイグレーション)をし、一部は再蒸発(脱離)し、他はポテンシャルの谷に落ち着く(吸着)。すなわち、薄膜が形成されるには、材料原子・分子の脱離を低減させ、基板全体亘る十分なマイグレーションと吸着が必要とされる。
【0020】
しかしながら、GaNPやGaNAsをMOCVD法等で成膜する場合、基板が1000℃程度の高温状態では、PまたはAsが脱離しやすく、高品質のGaNPやGaNAsが得られにくいという問題があった。そのため、良質な活性層が得られず、発光効率が小さいという問題が生じていた。
【0021】
この脱離の発生は、GaNPやGaNAsの結晶構造とサファイア基板等の結晶構造との整合性が悪いため、バッファ層が介在したとしても、上記したような1000℃程度の比較的高温状態にある基板上では、PやAsは長時間定位置にとどまっていられないことを起因としていた。なお、以下において、マイグレーションとは、GaNPやGaNAs等の所望の混晶を得るために必要とされる表面吸着の状態を意味するものとする。
【0022】
本発明は上記に鑑みてなされたものであって、GaNPやGaNAsのように、結晶基板を高温とした状態では良質な混晶薄膜が得られない材料に対し、レーザ光の照射を併用することで、結晶基板を低温とした場合においても、原料ガスの分解とマイグレーションとを促進させることができるGaN系発光素子作成方法を提供することを目的とする。
【0023】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は、GaN系発光素子を気相成長法により薄膜の積層構造として作成するGaN系発光素子作成装置において、ガリウム(Ga)と混晶化させる原料を前記Gaに添加する際に、薄膜形成基板上にレーザ光を照射するレーザ光照射手段を備えたことを特徴とする。
【0024】
この発明によれば、Gaと混晶化される原料ガスの分解や薄膜形成基板上へのマイグレーションをレーザ光の照射による光エネルギーによっておこなうことができる。
【0025】
また、この発明は、GaN系発光素子を気相成長法により薄膜の積層構造として作成するGaN系発光素子作成方法において、薄膜形成基板を所定の温度に加熱し、ガリウム(Ga)と混晶化させる原料を前記Gaに添加する際に、前記薄膜形成基板上にレーザ光を照射することを特徴とする。
【0026】
この発明によれば、Gaと混晶化される原料ガスの分解や薄膜形成基板上へのマイグレーションを薄膜形成基板の加熱によって与えられる熱エネルギーとともに、レーザ光の照射による光エネルギーによっておこなうことができる。
【0027】
また、この発明は、上記発明のGaN系発光素子作成方法において、前記原料が、前記レーザ光の照射によって分解された砒素(As)または燐(P)を含むことを特徴とする。
【0028】
この発明によれば、従来の薄膜形成基板の加熱のみによっては十分な量のガス分解を図ることが困難であったAsやPについても、レーザ光の照射の併用によって、そのガス分解を促進させることができる。
【0029】
また、この発明は、上記発明のGaN系発光素子作成方法において、前記Gaと混晶化された結晶構造の薄膜は、前記レーザ光の照射によってマイグレーションされた砒素(As)または燐(P)を含むことを特徴とする。
【0030】
この発明によれば、従来の薄膜形成基板の加熱のみによっては十分なマイグレーションを図ることが困難であったAsやPについても、レーザ光の照射の併用によって、そのマイグレーションを促進させることができる。
【0031】
また、この発明は、上記発明のGaN系発光素子作成方法において、前記所定の温度が、900℃から400℃の範囲であることを特徴とする。
【0032】
この発明によれば、従来の高い温度による薄膜形成基板の加熱によっては、原料の十分なマイグレーションを図ることが困難であった場合についても、レーザ光の照射の併用によって、そのマイグレーションを促進させることができるため、薄膜形成基板の加熱温度を、1000℃程度であった従来の成長温度と比較して低い900℃から400℃の範囲に設定することができる。
【0033】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかるGaN系発光素子作成装置およびGaN系発光素子作成方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【0034】
実施の形態1.
まず、実施の形態1にかかるGaN系発光素子作成装置およびGaN系発光素子作成方法について説明する。特に、実施の形態1は、MOCVD法によって薄膜形成をおこなう場合のGaN系発光素子作成装置を示すものである。図1は、実施の形態1にかかるGaN系発光素子作成装置の概略構成を示す図である。図1に示すGaN系発光素子作成装置10は、薄膜が形成される成長室となる反応器20と、反応器20に種々の原料ガスを導入するためのガス導入系30と、レーザ光源40と、レーザ光源40の発振制御をおこなうレーザ発振制御部42と、RFコイル22を制御するRFコイル制御部44と、サセプタ24またはその上に設置される基板9の温度を測定する温度測定部46と、を備えて構成される。なお、図中においては、反応器20やガス導入系30において通常必要とされる真空排気系統等は省略されている。
【0035】
ここで、反応器20は、原料ガスがガス導入系30からライン1およびライン2を介して供給されるツーフロー型の反応器であり、従来において用いられているGaN系の薄膜作成に適した構造である。また、RFコイル22は、RFコイル制御部44によって与えられる高周波電流により、サセプタ24を加熱させることができるものである。なお、このRFコイル22およびRFコイル制御部44に代えて、サセプタ24に設けたヒータおよびヒータ制御部を用いてもよい。
【0036】
また、温度測定部46は、反応器20の外部から基板9等の温度測定が可能な赤外放射温度計や、基板9等の測定対象物に直接接続された熱電対から得られる信号を処理する回路である。
【0037】
レーザ光源40は、高エネルギーの紫外光が発振可能な光源であり、例えば、10W出力のArFレーザ(193nm)を使用する。このArFレーザのオン/オフ制御や後述するスキャン制御は、レーザ発振制御部42によって制御される。なお、このレーザ光源40は、反応器20の外部にかつレーザ光照射先が基板9上となる位置に固定される。反応器20は、一般に石英等のガラス材のベルジャーで覆われているため、このような外部から内部への光の照射を可能とする構成は容易に実現できる。また、ステンレス曹のベルジャーであってもガラスのビューポートを設ける等、レーザ光の入射領域を確保することは容易である。
【0038】
ガス導入系30は、従来のMOCVD法において用いられるガスラインと同様な構成である。すなわち、上記したライン1とライン2の2系統のラインから構成されており、原料のキャリアガスとして、水素ガスボンベ38と水素純化器37によって供給される水素ガスを用い、マスフローコントローラ(MFC)32によって流量を制御させながら、有機金属ボンベ34によって有機金属原料のバブリングにより得られる一定量の有機金属ガスや、原料ガスボンベ36によって得られる気相原料ガスを、反応器20まで輸送するライン系統である。
【0039】
つぎに、このGaN系発光素子作成装置によって実現されるGaN系発光素子作成方法について説明する。図2は、実施の形態1にかかるGaN系発光素子作成方法により実行されるLEDの作成手順を示すフローチャートである。また、図3は、図2に示すフローチャートにしたがって作成されるLEDを説明するためのLED断面図である。ここでは、特に、活性層をGaNPとしたLEDの作成手順を例に挙げる。
【0040】
まず、サファイア基板、SiCまたはシリコン基板等の結晶基板をサセプタ24上に設置する。なお、ここでは、結晶基板としてサファイア基板を用いることとする。そして、この状態において、RFコイル22の発振により、サファイア基板51の温度を640℃に維持する(ステップS101)。
【0041】
温度測定部46によって、サファイア基板51が640℃に達したことが検出されると、つぎに、GaNバッファ層の形成を開始する(ステップS102)。このGaNバッファ層52は、ガス導入系30から反応器20へと、200sccm程度のジメチルヒドラジン(DMH)および20sccm程度のTMGを供給することで、サファイア基板51上に厚さ50Åの結晶構造として形成される(図3(a))。
【0042】
そして、RFコイル22の発振により、基板温度を850℃に維持する(ステップS103)。温度測定部46によって、サファイア基板51が640℃に達したことが検出されると、つぎに、レーザ光源40によるレーザ照射をおこなう(ステップS104)。この段階におけるレーザ照射は、上記した850℃程度の基板温度では、後述するNH3等の原料ガスの分解を促進させるにはエネルギーが不足するため、それを補助する役割を担う。
【0043】
この状態において、つぎにn型のGaN層を形成する(ステップS105)。このn型GaN層53は、20sccm程度のTMGと、1500sccm程度のNH3と、2sccm程度のSiH4の原料ガスを、上記したGaNバッファ層52上に成長させ、Siがドープされた厚み2μmのGaN層として得られる(図3(b))。
【0044】
つぎに、クラッド層として機能するn型のAlGaN層を形成する(ステップS106)。このn型AlGaN層54は、20sccm程度のTMGと、1500sccm程度のNH3と、2sccm程度のSiH4と、5sccm程度のTMAの原料ガスを、上記したn型GaN層53上に成長させ、Siがドープされた厚み1000ÅのAlGaN層として得られる(図3(c))。
【0045】
つぎに、活性層となるノンドープのGaN1-xPx層(ここで、0<x<1)を形成する(ステップS107)。このGaN1-xPx層55は、20sccm程度のTMGと、1500sccm程度のNH3と、500sccm程度のフォスフィン(PH3)の原料ガスを、上記したn型AlGaN層54上に成長させ、厚み10nm程度のGaNP層として得られる(図3(d))。
【0046】
なお、この際、レーザ光源40から照射されるレーザ光は、基板全面に照射されるように一定範囲でスキャンされる。これにより、NH3およびPH3のガス分解が促進されるとともに、基板表面へのPのマイグレーションを促進させることが可能になる。すなわち、レーザ光の照射により、多くのPH3が分解されて、十分な量のP原子・分子を基板表面上の一定領域内に供給できる一方、基板温度が従来の設定温度(1000℃程度)に比較して低い(850℃)ために、これらP原子・分子が基板上から脱離することなく、かつレーザエネルギーにより下地の結晶構造に割り込んだマイグレーションも達成される。これにより、10nmといった十分大きな厚みを有するGaNP層を得ることができる。
【0047】
つづいて、もう一方のクラッド層として機能するp型のAlGaN層を形成する(ステップS108)。このp型AlGaN層56は、20sccm程度のTMGと、1500sccm程度のNH3と、3sccm程度のシクロペンタジエニルマグネシウム(CpMg)と、5sccm程度のTMAの原料ガスを、上記したGaN1-xPx層55上に成長させ、Mgがドープされた厚み1000ÅのAlGaN層として得られる(図3(e))。
【0048】
最後に、p型のGaN層を形成する(ステップS109)。このp型GaN層57は、20sccm程度のTMGと、1500sccm程度のNH3と、3sccm程度のビスシクロペンタジエニルマグネシウム(bCpMg)の原料ガスを、上記したp型AlGaN層56上に成長させ、Mgがドープされた厚み1000ÅのGaN層として得られる(図3(f))。
【0049】
そして、上記薄膜の積層後、電極を形成するためのパターニングをおこなうために、SiO2等をその表面にプラズマCVD装置を用いて堆積させた後、n型電極を形成するためにフォトレジストおよび化学エッチング等を用いてエッチングしパターニングする(ステップS110)。
【0050】
図4は、電極形成後のLED構造の断面図である。図4に示すように、上記した積層膜に対し、n型GaN層53の一部までがエッチングされ、その上面にTi/Al/Au等の金属を蒸着することで、n型電極62が形成される。一方、p型電極61は、上記したp型GaN層57の上面に、Au/Ni等の金属を蒸着することで形成される。
【0051】
このようにして作成されたLEDに電圧を印加して発光を調べたところ、印加電圧4Vで、バンド幅400nm付近に著しく強い発光ピークが観察された。また、その他のピークは観察されなかった。すなわち、高輝度の紫外LEDが作成されていることが確認された。
【0052】
なお、上記したレーザ光照射は、連続波でもパルス波でもよいが、連続波の場合には、そのレーザ光の連続照射による材料の温度上昇を考慮して、さらにRFコイル22によって加熱される基板温度を小さく設定することもできる。
【0053】
さらに、図1に示した装置構成では、レーザ光源を一つのみとしたが、ガス分解用とマイグレーション用の2つのレーザ光源を設けてもよい。図5は、レーザ光源を2つ設けた場合のレーザ照射を説明するための説明図である。図5においては、レーザ光源72がマイグレーション用であり、レーザ光源74がガス分解用である。例えば、図5に示すように、レーザ光源74を、基板9の上面領域74を照射する位置に設置し、レーザ光源74を、プリズム、反射ミラーまたは回折格子等の回転制御によるスキャン機構76を伴うことで、基板9の全面を照射するような位置に設置する。
【0054】
以上に説明したとおり、実施の形態1にかかるGaN系発光素子作成装置およびGaN系発光素子作成方法によれば、GaN系化合物半導体のうち特に、マイグレーションが困難とされるAsやP等の添加物の混晶を作成するためのMOCVD法に従ったGaN系発光素子作成方法において、NH3等の気相原料ガスが供給される際に、基板9上にレーザ光を照射するので、そのレーザ光エネルギーにより、それら気相原料ガスの分解が促進されて、多くの混晶構成分子を基板9上に滞在させることができるとともに、基板9の温度を比較的低温に設定していることから、基板9の高温状態によるそれら混晶構成分子の脱離をも回避することが可能になる。
【0055】
特に、従来の基板温度条件等では十分なマイグレーションを図ることができなかったAsやP等をGaNに添加した混晶を得ようとする際に、上記したレーザ照射によりガス分解が促進されるとともに、そのレーザ光エネルギーにより、基板9へのマイグレーションも促進させることができる。これにより、GaNAsやGaNPの良質な薄膜を形成させることができる。すなわち、AsやPのドープ量制御を精密におこなうことが可能となり、GaNAsやGaNPのみで構成したLEDによるフルカラーディスプレイや白色LEDの作成を高効率に実現することができる。
【0056】
実施の形態2.
つぎに、実施の形態2にかかるGaN系発光素子作成装置およびGaN系発光素子作成方法について説明する。特に、実施の形態2は、ガスソースMBE(Molecular Beam Epitaxy)法によって薄膜形成をおこなう場合のGaN系発光素子作成装置を示すものである。図6は、実施の形態2にかかるGaN系発光素子作成装置の概略構成を示す図である。
【0057】
図6に示すGaN系発光素子作成装置110は、薄膜が形成される成長室となる反応器120と、レーザ光源140と、レーザ光源140の発振制御をおこなうレーザ発振制御部142と、ヒータ122を制御するヒータ制御部144と、サセプタ124またはその上に設置される基板109の温度を測定する温度測定部146と、を備えて構成される。なお、図中においては、通常必要とされる真空排気系統等は省略されている。
【0058】
ここで、反応器120には、従来のガスソースMBE装置と同様に、原料を装填する複数の分子線セル152が設けられており、ここでは、原料としてGaやAlが装填され、特に、n型の薄膜を形成するためのドーパントとしてジシランやSi、p型の薄膜を形成するためのドーパントとしてMgが装填されている。
【0059】
これら分子線セル152からの原料の分子線放出は、ヒータ156による加熱によっておこなわれ、シャッター154の開閉により選択的に切り替えられる。なお、プラズマガン150からはラジカル化した窒素が射出される。
【0060】
また、温度測定部146は、反応器120の外部から基板109等の温度測定が可能な赤外放射温度計や、基板109等の測定対象物に直接接続された熱電対から得られる信号を処理する回路である。
【0061】
レーザ光源140は、実施の形態1と同様な光源であり、レーザ発振制御部142が、このレーザ光源140のオン/オフ制御やスキャン制御をおこなう。なお、このレーザ光源140は、反応器120の外部にかつレーザ光照射先が基板109上となる位置に固定される。
【0062】
以上のような構成の実施の形態2にかかるGaN系発光素子作成装置においても、実施の形態1に示した場合と同様な基板温度制御および同様なタイミングによるレーザ光照射をおこなう。すなわち、NH3およびGaを原料ガスとして、従来の成長温度よりも低い成長温度850℃でn型GaN層を形成する際に、基板109上にレーザ光を照射する。特に、NH3、PH3およびGaを原料ガスとしてGaNP層を形成する際に、基板109上の全面にレーザ光を照射する。その他の薄膜作成手順は、従来と同様であるため、ここではその説明を省略する。
【0063】
以上に説明したとおり、実施の形態2にかかるGaN系発光素子作成装置およびGaN系発光素子作成方法によれば、GaN系化合物半導体のうち特に、マイグレーションが困難とされるAsやP等の添加物の混晶を作成するためのガスソースMBE法に従ったGaN系発光素子作成方法においても、実施の形態1に示した効果と同様の効果を享受することができる。
【0064】
実施の形態3.
つぎに、実施の形態3にかかるGaN系発光素子作成装置およびGaN系発光素子作成方法について説明する。特に、実施の形態3は、プラズマCVD法によって薄膜形成をおこなう場合のGaN系発光素子作成装置を示すものである。図7は、実施の形態3にかかるGaN系発光素子作成装置の概略構成を示す図である。
【0065】
図7に示すGaN系発光素子作成装置210は、薄膜が形成される成長室となる反応器220と、レーザ光源240と、レーザ光源240の発振制御をおこなうレーザ発振制御部242と、ヒータ222を制御するヒータ制御部244と、サセプタ224またはその上に設置される基板209の温度を測定する温度測定部246と、を備えて構成される。なお、図中においては、通常必要とされる真空排気系統等は省略されている。
【0066】
ここで、反応器220には、従来のプラズマCVD装置と同様に、原料ガスの導入ラインとして機能するとともにプラズマ発生のための一方の電極となる電極254が設けられており、他方の電極としても機能するサセプタ224との間に、RF発振器252により高周波電圧が与えられることで、基板109の上面にプラズマが発生する。
【0067】
なお、原料ガスは、実施の形態1と同様な組成のものを用いる。したがって、図7においては、図1に示したガス導入系30と同様な原料ガス供給ラインが必要となるが、ここではその図示を省略している。
【0068】
また、温度測定部246は、反応器220の外部から基板209等の温度測定が可能な赤外放射温度計や、基板209等の測定対象物に直接接続された熱電対から得られる信号を処理する回路である。
【0069】
レーザ光源240は、実施の形態1と同様な光源であり、レーザ発振制御部242が、このレーザ光源240のオン/オフ制御やスキャン制御をおこなう。なお、このレーザ光源240は、反応器220の外部にかつレーザ光照射先が基板209上となる位置に固定される。
【0070】
以上のような構成の実施の形態3にかかるGaN系発光素子作成装置においても、実施の形態1に示した場合と同様な基板温度制御および同様なタイミングによるレーザ光照射をおこなう。すなわち、TMG、NH3およびSiH4を原料ガスとして、従来の成長温度よりも低い成長温度850℃でn型GaN層を形成する際に、基板209上にレーザ光を照射する。特に、TMG、NH3およびPH3を原料ガスとしてGaNP層を形成する際に、基板209上の全面にレーザ光を照射する。その他の薄膜作成手順は、従来と同様であるため、ここではその説明を省略する。
【0071】
以上に説明したとおり、実施の形態3にかかるGaN系発光素子作成装置およびGaN系発光素子作成方法によれば、GaN系化合物半導体のうち特に、マイグレーションが困難とされるAsやP等の添加物の混晶を作成するためのプラズマCVD法に従ったGaN系発光素子作成方法においても、実施の形態1に示した効果と同様の効果を享受することができる。
【0072】
なお、プラズマCVD法は、プラズマの活性エネルギーを利用してガス分解をおこなうことを特徴としているため、ガス分解を促進するにあたっては、上記したヒータ222は必要ないが、マイグレーションを促進するためのエネルギーを与える手段として必要となる。よって、実施の形態3にかかるGaN系発光素子作成装置においては、上記したレーザ光源240によるレーザ光照射を、マイグレーションを促進させる場合のみにおこなってもよい。
【0073】
以上に説明した実施の形態1〜3においては、活性層をGaNPやGaNAsとした場合を例にして説明したが、AlGaInNAsまたはAlGaInNP等のその他の多元系のGaN系化合物半導体の薄膜成長にも適用することができることはいうまでもない。また、上記したMOCVD法等の薄膜作成法以外にも、原料に塩化ガリウム等の塩化物を用いるクロライド系または水素化物を用いるハライド系の気相成長にも適用することができる。
【0074】
【発明の効果】
以上に説明したようにこの発明によれば、レーザ光を薄膜形成基板上に照射するレーザ光照射手段を備えているので、Gaと混晶化される原料ガスの分解や薄膜形成基板上へのマイグレーションをレーザ光の照射による光エネルギーによっておこなうことができ、薄膜形成基板の高温加熱によっては実現できないGaNの多元混晶の作成が可能となるという効果を奏する。
【0075】
また、この発明によれば、Gaと混晶化される原料ガスの分解や薄膜形成基板上へのマイグレーションを薄膜形成基板の加熱によって与えられる熱エネルギーとともに、レーザ光の照射による光エネルギーによっておこなうことができるので、薄膜形成基板の高温加熱を起因としてGaとの混晶化が困難である原料についても、薄膜形成基板の加熱を低下させてその混晶を実現することができるという効果を奏する。
【0076】
また、この発明によれば、従来の薄膜形成基板の加熱のみによっては十分な量のガス分解を図ることが困難であったAsやPについても、レーザ光の照射の併用によって、そのガス分解を促進させることができるという効果を奏する。
【0077】
また、この発明によれば、薄膜形成基板の高温加熱を起因としてマイグレーションを図ることができずにGaとの混晶化が困難であったAsやPについても、レーザ光の照射の併用によって、そのマイグレーションを促進させることができるので、そのような原料についても、薄膜形成基板の加熱を低下させてその混晶を実現することができるという効果を奏する。
【0078】
また、この発明によれば、従来の高い温度による薄膜形成基板の加熱によっては、原料の十分なマイグレーションを図ることが困難であった場合についても、レーザ光の照射の併用によって、そのマイグレーションを促進させることができるため、薄膜形成基板の加熱温度を、1000℃程度であった従来の成長温度と比較して低い900℃から400℃の範囲に設定することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態1にかかるGaN系発光素子作成装置の概略構成を示す図である。
【図2】実施の形態1にかかるGaN系発光素子作成方法により実行される薄膜の作成手順を示すフローチャートである。
【図3】実施の形態1にかかるGaN系発光素子作成方法により作成されるLEDを説明するためのLED断面図である。
【図4】実施の形態1にかかるGaN系発光素子作成方法において、電極形成後のLED構造の断面図である。
【図5】実施の形態1にかかるGaN系発光素子作成方法において、レーザ光源を2つ設けた場合のレーザ照射を説明するための説明図である。
【図6】実施の形態2にかかるGaN系発光素子作成装置の概略構成を示す図である。
【図7】実施の形態3にかかるGaN系発光素子作成装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
9,109,209 基板
10,110,210 GaN系発光素子作成装置
20,120,220 反応器
22 RFコイル
24,124,224 サセプタ
30 ガス導入系
34 有機金属ボンベ
36 原料ガスボンベ
37 水素純化器
38 水素ガスボンベ
40,72,74,140,240 レーザ光源
42,142,242 レーザ発振制御部
44 RFコイル制御部
46,146,246 温度測定部
51 サファイア基板
52 GaNバッファ層
53 n型GaN層
54 n型AlGaN層層
55 GaN1-xPx層
56 p型AlGaN層
57 p型GaN層
61 p型電極
62 n型電極
76 スキャン機構
122,156,222 ヒータ
144,244 ヒータ制御部
150 プラズマガン
152 分子線セル
154 シャッター
252 RF発振器
254 電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is for producing a light emitting device composed of a GaN-based compound semiconductor. Ga The present invention relates to a method for producing an N-based light emitting element.
[0002]
[Prior art]
GaN (gallium nitride) is a material belonging to the group III-V nitride semiconductor from the classification of compound semiconductors based on the periodic table, and its crystal structure is a hexagonal wurtzite structure. Other materials belonging to this group III-V nitride semiconductor include aluminum nitride (AlN) and indium nitride (InN). All of these are known as materials having essentially superior characteristics in terms of light emission efficiency compared to materials belonging to the indirect transition type such as SiC, since the energy band structure is a direct transition type.
[0003]
In addition, these mixed crystals (Al, Ga, In) N can change the band gap energy Eg within a wide range from 1.95 to 6.28 eV depending on the mixed crystal ratio. Therefore, there is a possibility that all colors in the visible region from ultraviolet to red can be realized as colored light. Furthermore, features such as a high melting point, high hardness, and high thermal conductivity common to these materials are particularly promising as materials for light-emitting devices because they can provide highly reliable devices with excellent environmental resistance.
[0004]
As described above, the GaN-based compound semiconductor has a sufficient potential as a light emitting material, and particularly has a blue color as the colored light, so that an ultraviolet light emitting diode (LED) can be realized. Therefore, by combining the existing red and green LEDs with this, it is possible to realize a full color display using the LEDs.
[0005]
In general, in manufacturing an LED or LD (laser diode), a substrate having a lattice constant sufficiently high with a light emitting material is required as a substrate to be used in order to obtain a thin film by epitaxial growth. If this requirement is not met, the crystal structure of the thin film is different from the crystal structure of the substrate, and mismatching occurs in the lattice constant, so that the thin film structure tends to be disturbed at the beginning of thin film growth, resulting in reduced luminous efficiency and lifetime. Will be invited.
[0006]
However, in the production of a GaN-based LED, there is no commercially available epitaxial growth substrate in which the lattice constant is matched, and even in a sapphire substrate actually used for growth, the lattice constant is shifted by nearly 15%. For this reason, it is very difficult to grow a high-quality crystal, which has been long in the past, and has not been developed as a light emitting device.
[0007]
Further, in order to grow GaN, the substrate must be heated to about 1000 ° C. However, at this temperature, the vapor pressure of GaN increases, so it is extremely difficult to improve the crystallinity of the GaN film. Furthermore, since there is a problem that GaN cannot form a p-type crystal, it has been more difficult to realize a GaN-based light emitting device.
[0008]
Against this background, in recent years, it has been found that when a GaN film is grown after first forming a thin buffer layer with AlN or GaN on a substrate, the crystallinity is dramatically improved. The crystallinity problem due to lattice mismatch was solved. Further, it has also been found that a p-type GaN film having a low resistance is formed when an electron beam irradiation or a thermal annealing process is performed on a Mg-doped GaN film. As a result, at present, a pn junction of a GaN-based material can be realized, and the above-described mixed crystal film such as InGaN can be obtained.
[0009]
Below, the typical preparation method of GaN-type LED which used InGaN for the active layer is demonstrated. A GaN-based LED is provided as a thin film multi-layer structure. Here, a case where a MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition) method is employed as a method for forming the thin film will be described.
[0010]
First, in producing a GaN-based LED, ammonia (NH) is formed on a semi-insulating sapphire substrate or a conductive SiC substrate. Three ) And trimethylaluminum (TMA) are used to grow the AlN buffer layer.
[0011]
Furthermore, trimethylgallium (TMG) and ammonia (NH Three ) And silane (SiH) Four ) Is used as a gas source, and a Si-doped n-type GaN layer is grown at a growth temperature of 1050 ° C. Further, TMA is added to the above raw material to grow an n-type AlGaN layer functioning as a cladding layer at a growth temperature of 1050 ° C. And on top of that, trimethylindium (TMI), TMG and NH Three Is used as a gas raw material, and a non-doped InGaN layer to be an active layer is formed at the same temperature.
[0012]
Further, a p-type AlGaN layer to be the other cladding layer is grown at the same temperature using cyclopentadienyl magnesium (CpMg) as a dopant. Finally, a p-type GaN layer is grown at the same temperature using biscyclopentadienyl magnesium (bCpMg) as a dopant.
[0013]
As described above, the laminated film constituting the LED includes a buffer layer, an n-type low resistance layer, an n-type cladding layer, an active layer, a p-type cladding layer, and a p-type low resistance layer deposited on a sapphire substrate at a low temperature. In general, order.
[0014]
In order to perform patterning to form an electrode after laminating the thin film, 2 Etc. are deposited on the surface using a plasma CVD apparatus, and then etched and patterned using a photoresist and chemical etching to form an n-type electrode. In this case, up to a part of the n-type GaN is etched, and a metal such as Ti / Al is vapor-deposited on the upper surface to form an n-type electrode. On the other hand, the p-type electrode is formed by evaporating a metal such as Au / Ni on the upper surface of the p-type GaN.
[0015]
As described above, a GaN-based LED using InGaN as an active layer has been established as a manufacturing method, and furthermore, high-luminance light emission can be obtained by forming a light emission center by adding In. There are many on the market. However, in this LED using InGaN as an active layer, the blue-violet light emission satisfies a sufficient practical use. However, when other colors are realized by changing the amount of doping of In, it is at most orange on the long wavelength side. In the present situation, red light emission, which is one of the basic colors of RGB, has not been realized. In other words, light emission of all RGB basic colors by changing the doping rate has not been realized with only LEDs having InGaN as an active layer.
[0016]
However, in recent years, it has been found that GaN-based materials to which phosphorus (P) or arsenic (As) is added are also promising as materials for blue LEDs. GaNP and GaNAs doped with these additives are expected to be capable of emitting a wide range of colors from ultraviolet to red depending on the doping amount of the additive, and to realize light emission of all RGB basic colors.
[0017]
For example, GaNAs can be colored from ultraviolet to red by adding As within 10%, and GaNP can be colored from ultraviolet to infrared by adding P within 15%.
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
However, while GaP and GaAs have a small energy gap with a substantially linear change range with respect to the doping amount of P and As, GaNAs and GaNP have an energy gap with respect to the doping amount of P and As as described above. There is a problem that it is difficult to control because the change is large and the form of the change is also non-linear.
[0019]
In the formation of a thin film, it is known that atoms / molecules colliding with the surface of the substrate or the thin film are partially reflected and others remain on the surface. Atoms and molecules staying on the surface are diffused (migrated) by their own energy and the temperature of the substrate, some are re-evaporated (desorbed), and others settle in the potential valley (adsorption). . That is, in order to form a thin film, it is necessary to reduce the desorption of material atoms and molecules, and to perform sufficient migration and adsorption over the entire substrate.
[0020]
However, when forming a film of GaNP or GaNAs by the MOCVD method or the like, there is a problem that P or As is easily detached when the substrate is at a high temperature of about 1000 ° C., and it is difficult to obtain high-quality GaNP or GaNAs. For this reason, there has been a problem that a good quality active layer cannot be obtained and the luminous efficiency is low.
[0021]
The occurrence of this desorption is inconsistent with the crystal structure of GaNP or GaNAs and the crystal structure of the sapphire substrate or the like, and thus is in a relatively high temperature state of about 1000 ° C. as described above even if a buffer layer is interposed. The reason is that P and As cannot remain in place for a long time on the substrate. In the following, migration refers to the state of surface adsorption required to obtain a desired mixed crystal such as GaNP or GaNAs.
[0022]
The present invention has been made in view of the above, and uses laser light irradiation in combination with materials such as GaNP and GaNAs that cannot obtain a good quality mixed crystal thin film when the crystal substrate is at a high temperature. Therefore, even when the crystal substrate is at a low temperature, decomposition and migration of the source gas can be promoted. Ga An object of the present invention is to provide a method for producing an N-based light emitting device.
[0023]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above objective, this The present invention relates to a GaN-based light emitting device creating apparatus for creating a GaN-based light emitting device as a thin film laminated structure by a vapor phase growth method, and when adding a raw material to be mixed with gallium (Ga) to the Ga, a thin film forming substrate A laser beam irradiation means for irradiating a laser beam is provided on the top.
[0024]
According to the present invention, decomposition of the raw material gas mixed with Ga and migration onto the thin film forming substrate can be performed by light energy by laser light irradiation.
[0025]
Also, this The present invention relates to a method for producing a GaN-based light-emitting element in which a GaN-based light-emitting element is formed as a thin film laminated structure by vapor deposition, and a raw material for heating a thin film-forming substrate to a predetermined temperature to be mixed with gallium (Ga). When adding to Ga, the thin film forming substrate is irradiated with laser light.
[0026]
According to the present invention, the decomposition of the source gas mixed with Ga and the migration onto the thin film forming substrate can be performed by the light energy by the laser light irradiation as well as the thermal energy given by the heating of the thin film forming substrate. .
[0027]
Also, this The invention The above invention In the GaN-based light emitting device fabrication method, the raw material contains arsenic (As) or phosphorus (P) decomposed by the laser light irradiation.
[0028]
According to the present invention, gas decomposition of As and P, which has been difficult to achieve a sufficient amount of gas decomposition only by heating the conventional thin film formation substrate, is promoted by the combined use of laser light irradiation. be able to.
[0029]
Also, this The invention The above invention In the method for producing a GaN-based light emitting device, the thin film having a crystal structure mixed with Ga contains arsenic (As) or phosphorus (P) migrated by the laser light irradiation.
[0030]
According to the present invention, it is possible to promote the migration of As and P, which have been difficult to achieve a sufficient migration only by heating the conventional thin film formation substrate, by the combined use of laser light irradiation.
[0031]
Also, this The invention The above invention In the GaN-based light emitting device fabrication method, the predetermined temperature is in the range of 900 ° C. to 400 ° C.
[0032]
According to the present invention, even when it is difficult to achieve sufficient migration of the raw material by the conventional heating of the thin film forming substrate at a high temperature, the migration is promoted by the combined use of laser light irradiation. Therefore, the heating temperature of the thin film forming substrate can be set to a range of 900 ° C. to 400 ° C., which is lower than the conventional growth temperature which was about 1000 ° C.
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a GaN-based light-emitting element creating apparatus and a GaN-based light-emitting element creating method according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
[0034]
Embodiment 1 FIG.
First, a GaN-based light emitting device creation apparatus and a GaN-based light emitting device creation method according to the first embodiment will be described. In particular, the first embodiment shows a GaN-based light emitting device creation apparatus when a thin film is formed by MOCVD. FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a GaN-based light emitting device creation apparatus according to the first embodiment. A GaN-based light emitting
[0035]
Here, the
[0036]
The
[0037]
The
[0038]
The
[0039]
Next, a method for producing a GaN-based light emitting element realized by the GaN-based light emitting element producing apparatus will be described. FIG. 2 is a flowchart showing the LED creation procedure executed by the GaN-based light emitting device creation method according to the first embodiment. FIG. 3 is an LED cross-sectional view for explaining an LED created according to the flowchart shown in FIG. Here, in particular, a procedure for producing an LED having an active layer of GANP will be described as an example.
[0040]
First, a crystal substrate such as a sapphire substrate, SiC or silicon substrate is placed on the
[0041]
When the
[0042]
Then, the substrate temperature is maintained at 850 ° C. by the oscillation of the RF coil 22 (step S103). When the
[0043]
In this state, an n-type GaN layer is formed next (step S105). The n-
[0044]
Next, an n-type AlGaN layer functioning as a cladding layer is formed (step S106). The n-
[0045]
Next, non-doped GaN that becomes the active layer 1-x P x A layer (where 0 <x <1) is formed (step S107). This GaN 1-x P x The
[0046]
At this time, the laser light emitted from the
[0047]
Subsequently, a p-type AlGaN layer functioning as the other cladding layer is formed (step S108). The p-
[0048]
Finally, a p-type GaN layer is formed (step S109). This p-
[0049]
Then, after laminating the thin film, in order to perform patterning for forming an electrode, SiO 2 And the like are deposited on the surface using a plasma CVD apparatus, and then etched and patterned using a photoresist and chemical etching to form an n-type electrode (step S110).
[0050]
FIG. 4 is a cross-sectional view of the LED structure after electrode formation. As shown in FIG. 4, up to a part of the n-
[0051]
When a voltage was applied to the LED thus produced to examine light emission, an extremely strong light emission peak was observed in the vicinity of a bandwidth of 400 nm at an applied voltage of 4V. Other peaks were not observed. That is, it was confirmed that a high-intensity ultraviolet LED was produced.
[0052]
The laser beam irradiation described above may be a continuous wave or a pulse wave. In the case of a continuous wave, the substrate heated by the
[0053]
Furthermore, in the apparatus configuration shown in FIG. 1, only one laser light source is used, but two laser light sources for gas decomposition and migration may be provided. FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining laser irradiation when two laser light sources are provided. In FIG. 5, the
[0054]
As described above, according to the GaN-based light emitting device fabrication apparatus and the GaN-based light emitting device fabrication method according to the first embodiment, among the GaN-based compound semiconductors, additives such as As and P that are difficult to migrate. In a method for producing a GaN-based light emitting device according to the MOCVD method for producing a mixed crystal of Three When the vapor phase source gas such as is irradiated with the laser beam on the substrate 9, decomposition of the vapor phase source gas is promoted by the laser beam energy, so that many mixed crystal constituent molecules are formed on the substrate. 9, and the temperature of the substrate 9 is set to a relatively low temperature, so that it is possible to avoid the detachment of the mixed crystal constituent molecules due to the high temperature state of the substrate 9.
[0055]
In particular, when attempting to obtain a mixed crystal in which As or P or the like, which could not be sufficiently migrated under conventional substrate temperature conditions, is added to GaN, gas decomposition is promoted by the laser irradiation described above. The migration to the substrate 9 can be promoted by the laser light energy. Thereby, a good-quality thin film of GaNAs or GaNP can be formed. That is, it is possible to precisely control the doping amount of As and P, and it is possible to efficiently create a full-color display or a white LED using LEDs composed only of GaNAs or GaNP.
[0056]
Embodiment 2. FIG.
Next, a GaN-based light emitting device creating apparatus and a GaN-based light emitting device creating method according to the second embodiment will be described. In particular, the second embodiment shows a GaN-based light emitting device fabrication apparatus in the case where a thin film is formed by a gas source MBE (Molecular Beam Epitaxy) method. FIG. 6 is a diagram illustrating a schematic configuration of a GaN-based light emitting device creation apparatus according to the second embodiment.
[0057]
The GaN-based light emitting
[0058]
Here, similarly to the conventional gas source MBE apparatus, the
[0059]
Release of the molecular beam of the raw material from these
[0060]
Further, the
[0061]
The
[0062]
Also in the GaN-based light emitting device manufacturing apparatus according to the second embodiment having the above-described configuration, the same substrate temperature control and laser light irradiation as in the case shown in the first embodiment are performed. That is, NH Three When the n-type GaN layer is formed at a growth temperature of 850 ° C. lower than the conventional growth temperature using Ga and Ga as source gases, the
[0063]
As described above, according to the GaN-based light-emitting element manufacturing apparatus and the GaN-based light-emitting element manufacturing method according to the second embodiment, among the GaN-based compound semiconductors, particularly additives such as As and P that are difficult to migrate Also in the GaN-based light emitting device creation method according to the gas source MBE method for creating a mixed crystal of the above, it is possible to enjoy the same effect as the effect shown in the first embodiment.
[0064]
Embodiment 3 FIG.
Next, a GaN-based light emitting device creation apparatus and a GaN-based light emitting device creation method according to Embodiment 3 will be described. In particular, the third embodiment shows a GaN-based light emitting device producing apparatus in the case where a thin film is formed by a plasma CVD method. FIG. 7 is a diagram illustrating a schematic configuration of the GaN-based light emitting device creation apparatus according to the third embodiment.
[0065]
A GaN-based light emitting
[0066]
Here, like the conventional plasma CVD apparatus, the
[0067]
Note that the source gas has the same composition as that of the first embodiment. Therefore, in FIG. 7, a raw material gas supply line similar to that of the
[0068]
The
[0069]
The
[0070]
Also in the GaN-based light emitting device fabrication apparatus according to the third embodiment having the above-described configuration, the same substrate temperature control as that in the first embodiment and laser light irradiation with the same timing are performed. That is, TMG, NH Three And SiH Four When forming an n-type GaN layer at a growth temperature of 850 ° C. lower than the conventional growth temperature, the
[0071]
As described above, according to the GaN-based light-emitting element creating apparatus and the GaN-based light-emitting element creating method according to the third embodiment, among the GaN-based compound semiconductors, particularly additives such as As and P that are difficult to migrate Also in the GaN-based light emitting device fabrication method according to the plasma CVD method for creating a mixed crystal of the above, the same effect as the effect shown in the first embodiment can be enjoyed.
[0072]
Note that the plasma CVD method is characterized in that gas decomposition is performed by using plasma activation energy. Therefore, the
[0073]
In the first to third embodiments described above, the case where the active layer is made of GaNP or GaNAs has been described as an example. It goes without saying that you can do it. In addition to the above-described thin film forming methods such as MOCVD, the present invention can also be applied to chloride-based vapor phase growth using chloride such as gallium chloride or hydride as a raw material.
[0074]
【The invention's effect】
As explained above this According to the invention, since the laser beam irradiation means for irradiating the thin film forming substrate with the laser beam is provided, the decomposition of the source gas mixed with Ga and the migration onto the thin film substrate are performed by the laser beam irradiation. It can be performed by light energy, and produces an effect that a GaN multi-element mixed crystal that cannot be realized by high-temperature heating of a thin film formation substrate can be produced.
[0075]
Also, this According to the invention, decomposition of the source gas mixed with Ga and migration onto the thin film forming substrate can be performed by light energy by laser light irradiation as well as thermal energy given by heating of the thin film forming substrate. Even for a raw material that is difficult to be mixed with Ga due to high-temperature heating of the thin film forming substrate, the mixed crystal can be realized by reducing the heating of the thin film forming substrate.
[0076]
Also, this According to the present invention, the gas decomposition of As and P, which has been difficult to achieve a sufficient amount of gas decomposition only by heating the conventional thin film formation substrate, is promoted by the combined use of laser light irradiation. There is an effect that can be.
[0077]
Also, this According to the present invention, the migration of As and P, which could not be migrated due to high-temperature heating of the thin film formation substrate and difficult to be mixed with Ga, was achieved by the combined use of laser light irradiation. Since such a raw material can be promoted, there is an effect that the mixed crystal can be realized by reducing the heating of the thin film forming substrate.
[0078]
Also, this According to the invention, even when it is difficult to achieve sufficient migration of the raw material by heating the thin film forming substrate at a conventional high temperature, the migration can be promoted by the combined use of laser light irradiation. Therefore, there is an effect that the heating temperature of the thin film forming substrate can be set in the range of 900 ° C. to 400 ° C., which is lower than the conventional growth temperature of about 1000 ° C.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a GaN-based light emitting device creation apparatus according to a first embodiment.
FIG. 2 is a flowchart showing a thin film creation procedure executed by the GaN-based light emitting device creation method according to the first embodiment;
FIG. 3 is an LED cross-sectional view for explaining an LED produced by the GaN-based light emitting device production method according to the first embodiment.
4 is a cross-sectional view of the LED structure after electrode formation in the GaN-based light emitting device fabrication method according to Embodiment 1. FIG.
5 is an explanatory diagram for explaining laser irradiation in the case where two laser light sources are provided in the GaN-based light emitting device manufacturing method according to Embodiment 1. FIG.
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of a GaN-based light emitting device creation apparatus according to a second embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of a GaN-based light emitting device creation apparatus according to a third embodiment.
[Explanation of symbols]
9, 109, 209 substrate
10, 110, 210 GaN-based light emitting device creation device
20, 120, 220 reactor
22 RF coil
24,124,224 Susceptor
30 Gas introduction system
34 Organic metal cylinder
36 Raw material gas cylinder
37 Hydrogen Purifier
38 Hydrogen gas cylinder
40, 72, 74, 140, 240 Laser light source
42, 142, 242 Laser oscillation controller
44 RF coil controller
46,146,246 Temperature measurement unit
51 Sapphire substrate
52 GaN buffer layer
53 n-type GaN layer
54 n-type AlGaN layer
55 GaN 1-x P x layer
56 p-type AlGaN layer
57 p-type GaN layer
61 p-type electrode
62 n-type electrode
76 Scanning mechanism
122,156,222 heater
144,244 Heater control unit
150 Plasma Gun
152 molecular beam cell
154 shutter
252 RF oscillator
254 electrodes
Claims (3)
薄膜形成基板を所定の温度に加熱し、
ガリウム(Ga)と混晶化させる砒素(As)または燐(P)を含む原料を前記Gaに添加する際に、前記薄膜形成基板上にレーザ光を照射することによって前記原料を分解することを特徴とするGaN系発光素子作成方法。In a GaN-based light-emitting element creation method for creating a GaN-based light-emitting element as a thin film laminated structure by vapor deposition,
Heat the thin film forming substrate to a predetermined temperature,
When the raw material containing arsenic (As) or phosphorus (P) mixed with gallium (Ga) is added to the Ga, the raw material is decomposed by irradiating the thin film forming substrate with laser light. A method for producing a GaN-based light emitting device.
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