JPH05283745A - 窒化ガリウム系発光素子および製造法 - Google Patents
窒化ガリウム系発光素子および製造法Info
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- JPH05283745A JPH05283745A JP7725192A JP7725192A JPH05283745A JP H05283745 A JPH05283745 A JP H05283745A JP 7725192 A JP7725192 A JP 7725192A JP 7725192 A JP7725192 A JP 7725192A JP H05283745 A JPH05283745 A JP H05283745A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 紫外〜可視領域の窒化ガリウム系半導体薄膜
発光素子を得ること。 【構成】 特定のサファイア基板上にｎ+ 型窒化ガリウ
ム半導体層を有し、その上に単結晶窒化ガリウム系半導
体薄膜からなる発光層を少なくとも一つ有する紫外〜可
視発光素子。
発光素子を得ること。 【構成】 特定のサファイア基板上にｎ+ 型窒化ガリウ
ム半導体層を有し、その上に単結晶窒化ガリウム系半導
体薄膜からなる発光層を少なくとも一つ有する紫外〜可
視発光素子。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、特にディスプレー、光
通信やＯＡ機器の光源等に最適な紫外域〜可視領域発光
ダイオードおよびレーザーダーオード等に用いることが
できる窒化ガリウム系半導体発光素子およびその製造方
法に関するものである。
通信やＯＡ機器の光源等に最適な紫外域〜可視領域発光
ダイオードおよびレーザーダーオード等に用いることが
できる窒化ガリウム系半導体発光素子およびその製造方
法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子は広い分野において表示素子
や種々の光源として使用されている。しかし、紫外域〜
青色発光ダイオードは実用化されておらず、特に３原色
を必要とするディスプレー用として開発が急がれてい
る。レーザーダイオードは光ディスクやコンパクトディ
スクの光源として、記録密度を１０倍以上大きくするこ
とができるということで期待されているもののまだ実用
化されていない。紫外域〜青色発光ダイオードおよびレ
ーザーダイオードとしては、ＧａＮ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ
やＳｉＣなどの化合物半導体を用いることが考えられて
いる。
や種々の光源として使用されている。しかし、紫外域〜
青色発光ダイオードは実用化されておらず、特に３原色
を必要とするディスプレー用として開発が急がれてい
る。レーザーダイオードは光ディスクやコンパクトディ
スクの光源として、記録密度を１０倍以上大きくするこ
とができるということで期待されているもののまだ実用
化されていない。紫外域〜青色発光ダイオードおよびレ
ーザーダイオードとしては、ＧａＮ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ
やＳｉＣなどの化合物半導体を用いることが考えられて
いる。
【０００３】窒化ガリウム（ＧａＮ）は、多くはサファ
イアＣ面上にＭＯＣＶＤ法、あるいはＶＰＥ法により成
膜されている［ジャーナル オブ アプライド フィジ
クス（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙ
ｓｉｃｓ）５６ （１９８４）２３６７−２３６８］
が、反応温度を高くする必要があり、製造が難しいばか
りでなく、窒素が不足しているために、キャリア密度が
極めて大きくなり、良好な半導体特性が得られないこと
になる。それを克服するためにはサファイアＣ面上に窒
化アルミニウムのバッファー層を設け、その上に比較的
膜厚の大きいＧａＮ薄膜を作製して半導体発光素子を作
製している。
イアＣ面上にＭＯＣＶＤ法、あるいはＶＰＥ法により成
膜されている［ジャーナル オブ アプライド フィジ
クス（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙ
ｓｉｃｓ）５６ （１９８４）２３６７−２３６８］
が、反応温度を高くする必要があり、製造が難しいばか
りでなく、窒素が不足しているために、キャリア密度が
極めて大きくなり、良好な半導体特性が得られないこと
になる。それを克服するためにはサファイアＣ面上に窒
化アルミニウムのバッファー層を設け、その上に比較的
膜厚の大きいＧａＮ薄膜を作製して半導体発光素子を作
製している。
【０００４】また、低温成膜を実現するために、窒素源
を電子シャワーにより活性化する試みがある［ジャパニ
ーズ ジャーナル オブ アプライド フィジクス
（Ｊａｐ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．）、２０、Ｌ５４
５（１９８１）］が、この方法によっても膜質の向上に
は不十分であるとされている。また、窒素の不足を起こ
さないように活性の高い窒素源を用いて成膜を行うこと
が考えられている。活性の高い窒素源としては、原子状
窒素、窒素イオンがあるが、従来のプラズマを利用した
ガスソースＭＢＥ法による成膜技術［ジャーナル オブ
バキューム サイエンス アンド テクノロジー
（Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．）、Ａ７、７
０１（１９８９）］などでは、キャリアー密度を制御す
ることが困難であり、良好な特性の半導体薄膜を作製す
ることはできないのが現状である。
を電子シャワーにより活性化する試みがある［ジャパニ
ーズ ジャーナル オブ アプライド フィジクス
（Ｊａｐ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．）、２０、Ｌ５４
５（１９８１）］が、この方法によっても膜質の向上に
は不十分であるとされている。また、窒素の不足を起こ
さないように活性の高い窒素源を用いて成膜を行うこと
が考えられている。活性の高い窒素源としては、原子状
窒素、窒素イオンがあるが、従来のプラズマを利用した
ガスソースＭＢＥ法による成膜技術［ジャーナル オブ
バキューム サイエンス アンド テクノロジー
（Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．）、Ａ７、７
０１（１９８９）］などでは、キャリアー密度を制御す
ることが困難であり、良好な特性の半導体薄膜を作製す
ることはできないのが現状である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、この問題点
を解決して半導体発光素子として良好な特性を有する発
光素子構造およびその製造方法を提供しようとするもの
である。
を解決して半導体発光素子として良好な特性を有する発
光素子構造およびその製造方法を提供しようとするもの
である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは前記問題点
を解決するため鋭意研究を重ねた結果、特定のサファイ
ア結晶面に高真空中で成膜した窒化ガリウム系半導体薄
膜が発光素子用薄膜として良好な光学的ならびに電気的
特性を有することを見いだすにいたり、特性の優れた半
導体発光素子を得ることができるようになったものであ
る。
を解決するため鋭意研究を重ねた結果、特定のサファイ
ア結晶面に高真空中で成膜した窒化ガリウム系半導体薄
膜が発光素子用薄膜として良好な光学的ならびに電気的
特性を有することを見いだすにいたり、特性の優れた半
導体発光素子を得ることができるようになったものであ
る。
【０００７】すなわち、本発明はサファイアＲ面からサ
ファイアｃ軸のＲ面射影を回転軸として９．２度回転さ
せた面を基板面として、その上に直接形成されたｎ+ 型
窒化ガリウム系半導体層を有し、さらにｎ型単結晶窒化
ガリウム系半導体層およびｐ型あるいはｉ型からなる単
結晶窒化ガリウム系半導体層からなる発光層を少なくと
も一つ有し、その発光層に電圧を印加するために所望の
部位に電極を具備してなることを特徴とする窒化ガリウ
ム系半導体発光素子、およびＭＢＥ法において、窒素を
含有するガス状化合物を供給するガスソースと、ＩＩＩ
族元素を供給する固体ソースを有する結晶成長装置を用
い、サファイアＲ面から、サファイアｃ軸のＲ面射影を
回転軸として９．２度回転させた面を基板面として、窒
素を含有するガス状化合物とＩＩＩ族元素およびｎ型ド
ーパントを供給することにより基板上にｎ+ 型窒化ガリ
ウム系半導体層を形成する工程、窒素を含有するガス状
化合物とＩＩＩ族元素を供給してｎ型単結晶窒化ガリウ
ム系半導体層を形成する工程、窒素を含有するガス状化
合物とＩＩＩ族元素およびｐ型ドーパントを供給してｐ
型あるいはｉ型からなる単結晶窒化ガリウム系半導体層
を形成する工程を少なくとも含むことを特徴とする半導
体発光素子の製造方法である。
ファイアｃ軸のＲ面射影を回転軸として９．２度回転さ
せた面を基板面として、その上に直接形成されたｎ+ 型
窒化ガリウム系半導体層を有し、さらにｎ型単結晶窒化
ガリウム系半導体層およびｐ型あるいはｉ型からなる単
結晶窒化ガリウム系半導体層からなる発光層を少なくと
も一つ有し、その発光層に電圧を印加するために所望の
部位に電極を具備してなることを特徴とする窒化ガリウ
ム系半導体発光素子、およびＭＢＥ法において、窒素を
含有するガス状化合物を供給するガスソースと、ＩＩＩ
族元素を供給する固体ソースを有する結晶成長装置を用
い、サファイアＲ面から、サファイアｃ軸のＲ面射影を
回転軸として９．２度回転させた面を基板面として、窒
素を含有するガス状化合物とＩＩＩ族元素およびｎ型ド
ーパントを供給することにより基板上にｎ+ 型窒化ガリ
ウム系半導体層を形成する工程、窒素を含有するガス状
化合物とＩＩＩ族元素を供給してｎ型単結晶窒化ガリウ
ム系半導体層を形成する工程、窒素を含有するガス状化
合物とＩＩＩ族元素およびｐ型ドーパントを供給してｐ
型あるいはｉ型からなる単結晶窒化ガリウム系半導体層
を形成する工程を少なくとも含むことを特徴とする半導
体発光素子の製造方法である。
【０００８】以下、本発明についてさらに詳細に説明す
る。本発明におけるサファイアＲ面とは、単結晶サファ
イア（α−Ａｌ2 Ｏ3 ）において〔１、−１、０、２〕
面（Ｒ面）表面のことである。また、サファイアｃ軸の
Ｒ面射影は、サファイア単結晶（コランダム型六方晶）
単位格子における単位ベクトルのうちのｃ軸のＲ面への
射影のことである（図１）。
る。本発明におけるサファイアＲ面とは、単結晶サファ
イア（α−Ａｌ2 Ｏ3 ）において〔１、−１、０、２〕
面（Ｒ面）表面のことである。また、サファイアｃ軸の
Ｒ面射影は、サファイア単結晶（コランダム型六方晶）
単位格子における単位ベクトルのうちのｃ軸のＲ面への
射影のことである（図１）。
【０００９】また、本発明における基準面とは、サファ
イアＲ面からサファイアｃ軸のＲ面射影を回転軸として
９．２度回転させた面のことである（図２）。この９．
２度オフ面からのオフ角は±２度以下であることが結晶
性の良い窒化ガリウム薄膜を得るには好ましいものであ
る。この基板面を用いることにより、サファイア基板と
窒化ガリウム系半導体薄膜との格子不整合を小さくする
ことができ、成長初期（１００オングストローム以下）
においても表面が平坦で、ＲＨＥＥＤ測定において回折
パターンのストリークを観察できる単結晶性の良好な窒
化ガリウム系薄膜を得ることができる。格子定数のミス
マッチは５％以下、好ましくは２％以下である。
イアＲ面からサファイアｃ軸のＲ面射影を回転軸として
９．２度回転させた面のことである（図２）。この９．
２度オフ面からのオフ角は±２度以下であることが結晶
性の良い窒化ガリウム薄膜を得るには好ましいものであ
る。この基板面を用いることにより、サファイア基板と
窒化ガリウム系半導体薄膜との格子不整合を小さくする
ことができ、成長初期（１００オングストローム以下）
においても表面が平坦で、ＲＨＥＥＤ測定において回折
パターンのストリークを観察できる単結晶性の良好な窒
化ガリウム系薄膜を得ることができる。格子定数のミス
マッチは５％以下、好ましくは２％以下である。
【００１０】本発明においては、サファイアＲ面からサ
ファイアｃ軸のＲ面射影を回転軸として９．２度回転さ
せた基板表面に単結晶窒化ガリウム系半導体薄膜を形成
せしめるが、基板と窒化ガリウム系半導体結晶が格子整
合することにより、極めて薄い膜厚で良好な単結晶性を
有し、かつ光学的および電気的特性に優れる窒化ガリウ
ム系半導体薄膜を得ることができるため、発光素子を作
製するうえでドライエッチング法を使用することができ
ることや、光の取り出し効率を高くすることができる特
徴がある。窒化ガリウム系半導体発光素子全体の膜厚と
しては３μｍ以下であることが好ましく、さらに２μｍ
以下であることが好ましく、１μｍ以下にすることは、
より好ましいものとなる。
ファイアｃ軸のＲ面射影を回転軸として９．２度回転さ
せた基板表面に単結晶窒化ガリウム系半導体薄膜を形成
せしめるが、基板と窒化ガリウム系半導体結晶が格子整
合することにより、極めて薄い膜厚で良好な単結晶性を
有し、かつ光学的および電気的特性に優れる窒化ガリウ
ム系半導体薄膜を得ることができるため、発光素子を作
製するうえでドライエッチング法を使用することができ
ることや、光の取り出し効率を高くすることができる特
徴がある。窒化ガリウム系半導体発光素子全体の膜厚と
しては３μｍ以下であることが好ましく、さらに２μｍ
以下であることが好ましく、１μｍ以下にすることは、
より好ましいものとなる。
【００１１】本発明におけるｎ+ 型窒化ガリウム系半導
体層は窒化ガリウム系半導体層にＳｉ、Ｇｅ、Ｃ、Ｓ
ｎ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ等のｎ型ドーパントをドーピングし
た半導体層であり、キャリア密度は５×１０18／ｃｍ3
以上、好ましくは１０19／ｃｍ 3 以上である。ｎ+ 型窒
化ガリウム系半導体層を用いることにより、素子の発光
のための印可電圧の低下が可能になること、および低抵
抗層であるため効率良くかつ均一に発光層に電流注入が
行え、発光強度の上昇や発光分布の均一性を向上するこ
とができる。さらにｎ+ 型窒化ガリウム系半導体層は発
光層と発光層の間に設けて、電圧を印加するための電極
とすることができる。単結晶窒化ガリウム系半導体から
なる発光層とは、ｎ型、ｐ型あるいはｉ型からなる単結
晶窒化ガリウム系半導体からなり、たとえば、ｎ／ｉ／
ｐ、ｎ／ｐ、ｎ／ｉ、ｎ／ｐ／ｐ+等のような構造を有
し、さらにそれぞれの層は組成の異なる単結晶窒化ガリ
ウム系半導体薄膜を用いることも可能である。また、単
結晶窒化ガリウム系半導体からなる量子井戸構造を形成
せしめて、発光効率を高めたり、発光波長を制御するこ
とも可能である。
体層は窒化ガリウム系半導体層にＳｉ、Ｇｅ、Ｃ、Ｓ
ｎ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ等のｎ型ドーパントをドーピングし
た半導体層であり、キャリア密度は５×１０18／ｃｍ3
以上、好ましくは１０19／ｃｍ 3 以上である。ｎ+ 型窒
化ガリウム系半導体層を用いることにより、素子の発光
のための印可電圧の低下が可能になること、および低抵
抗層であるため効率良くかつ均一に発光層に電流注入が
行え、発光強度の上昇や発光分布の均一性を向上するこ
とができる。さらにｎ+ 型窒化ガリウム系半導体層は発
光層と発光層の間に設けて、電圧を印加するための電極
とすることができる。単結晶窒化ガリウム系半導体から
なる発光層とは、ｎ型、ｐ型あるいはｉ型からなる単結
晶窒化ガリウム系半導体からなり、たとえば、ｎ／ｉ／
ｐ、ｎ／ｐ、ｎ／ｉ、ｎ／ｐ／ｐ+等のような構造を有
し、さらにそれぞれの層は組成の異なる単結晶窒化ガリ
ウム系半導体薄膜を用いることも可能である。また、単
結晶窒化ガリウム系半導体からなる量子井戸構造を形成
せしめて、発光効率を高めたり、発光波長を制御するこ
とも可能である。
【００１２】本発明でいう単結晶窒化ガリウム系半導体
層とは、Ｇａ単体あるいはＧａを主としてＡｌあるいは
Ｉｎから選ばれた少なくとも一種類のＩＩＩ族元素から
なる化合物である。また化合物の組成を変化させること
により、発光色を変えることができる。発光素子の構造
の例としては、図４に示すｎ+ −ＧａＮ（Ｓｉ）／ｎ−
ＧａＮ／ｉ−ＧａＮ（Ｍｇ）、図８に示すｎ+ −Ｇａ
1-x Ｉｎx Ｎ／ｎ−Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎ／ｉ−Ｇａ1-x Ｉ
ｎx Ｎ、図９に示すｎ+ −Ａｌ1-x Ｇａx Ｎ／ｎ−Ａｌ
1-x Ｇａx Ｎ／ｉ−Ａｌ1-x Ｇａx Ｎ、図１０に示すｎ
+ −ＧａＮ／ｎ−ＧａＮ／ｉ−ＧａＮや図１１に示すｎ
+ −ＧａＮ／ｎ−Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎ／ｐ−Ｇａ1-y Ｉｎ
y Ｎ（ｘ≧ｙ）、図１２は発光色の異なる２種類の発光
層を有し、その発光層間にｎ+ 型窒化ガリウム系半導体
層を積層した構造例であり、ｎ + −ＧａＮ／ｎ−ＧａＮ
／ｐ−ＧａＮ／ｎ+ −ＧａＮ／ｎ−Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎ／
ｐ−Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎの積層構造を示す。例えば、電極
８（イ）と電極８（ロ）の間に電圧を印加すると青の発
光を、電極８（ハ）と電極８（ニ）の間に電圧を印加す
ると緑色の発光を、電極８（イ）と電極８（ロ）および
電極８（ハ）と電極８（ニ）の間に同時に電圧を印加す
ると、黄色の発光を得ることができる。この様に電圧を
印加する電極を選ぶことによって、二つの異なった発光
色や、中間色を発光させる発光素子を得ることができ
る。
層とは、Ｇａ単体あるいはＧａを主としてＡｌあるいは
Ｉｎから選ばれた少なくとも一種類のＩＩＩ族元素から
なる化合物である。また化合物の組成を変化させること
により、発光色を変えることができる。発光素子の構造
の例としては、図４に示すｎ+ −ＧａＮ（Ｓｉ）／ｎ−
ＧａＮ／ｉ−ＧａＮ（Ｍｇ）、図８に示すｎ+ −Ｇａ
1-x Ｉｎx Ｎ／ｎ−Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎ／ｉ−Ｇａ1-x Ｉ
ｎx Ｎ、図９に示すｎ+ −Ａｌ1-x Ｇａx Ｎ／ｎ−Ａｌ
1-x Ｇａx Ｎ／ｉ−Ａｌ1-x Ｇａx Ｎ、図１０に示すｎ
+ −ＧａＮ／ｎ−ＧａＮ／ｉ−ＧａＮや図１１に示すｎ
+ −ＧａＮ／ｎ−Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎ／ｐ−Ｇａ1-y Ｉｎ
y Ｎ（ｘ≧ｙ）、図１２は発光色の異なる２種類の発光
層を有し、その発光層間にｎ+ 型窒化ガリウム系半導体
層を積層した構造例であり、ｎ + −ＧａＮ／ｎ−ＧａＮ
／ｐ−ＧａＮ／ｎ+ −ＧａＮ／ｎ−Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎ／
ｐ−Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎの積層構造を示す。例えば、電極
８（イ）と電極８（ロ）の間に電圧を印加すると青の発
光を、電極８（ハ）と電極８（ニ）の間に電圧を印加す
ると緑色の発光を、電極８（イ）と電極８（ロ）および
電極８（ハ）と電極８（ニ）の間に同時に電圧を印加す
ると、黄色の発光を得ることができる。この様に電圧を
印加する電極を選ぶことによって、二つの異なった発光
色や、中間色を発光させる発光素子を得ることができ
る。
【００１３】図１３はｎ+ −ＧａＮ／ｎ−Ｇａ1-x Ｉｎ
x Ｎ／ｎ−Ｇａ1-y Ｉｎy Ｎ／ｐ−Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎ
（ｘ≧ｙ）の積層構造例であり、他に、ｎ+ −ＧａＮ／
ｎ−ＧａＮ／ｐ−ＧａＮ、ｎ+ −ＧａＮ／ｎ−Ｇａ1-x
Ｉｎx Ｎ／ｐ−Ｇａ1-x Ｉｎ x Ｎ、ｎ+ −Ｇａ1-x Ａｌ
x Ｎ／ｎ−Ｇａ1-x Ａｌx Ｎ／ｐ−Ｇａ1-x Ａｌx Ｎ、
ｎ+ −Ｇａ1-x Ａｌx Ｎ／ｎ−Ｇａ1-x Ａｌx Ｎ／ｐ−
Ｇａ1-y Ａｌy Ｎ（ｘ≧ｙ）、ｎ+ −ＧａＮ／ｎ−Ｇａ
Ｎ／ｎ−Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎ／ｐ−Ｇａ1-x Ｉｎ x Ｎ、
ｎ+ −ＧａＮ／ｎ−ＧａＮ／ｎ−Ａｌ1-y Ｇａy Ｎ／ｐ
−Ａｌ1-x Ｇａ x Ｎ（ｘ≧ｙ）、ｎ+ −ＧａＮ／ｎ−Ｇ
ａＮ／ｎ−Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎ／ｐ−Ｇａ 1-x Ｉｎx Ｎ、
ｎ+ −Ａｌ1-x Ｇａx Ｎ／ｎ−Ａｌ1-x Ｇａx Ｎ／ｎ−
Ａｌ1-yＧａy Ｎ／ｐ−Ａｌ1-x Ｇａx Ｎ（ｘ≧ｙ）、
ｎ+ −ＧａＮ／ｎ−Ｇａ1-a Ｉｎ a Ｎ／ｐ−Ｇａ1-b Ｉ
ｎb Ｎ／ｎ−Ａｌ1-x Ｇａx Ｎ／ｎ−Ａｌ1-y Ｇａy Ｎ
／ｐ−Ａｌ1-x Ｇａx Ｎ（ｘ≧ｙ、ａ≧ｂ）、ｎ+ −Ｇ
ａＮ／ｎ−ＧａＮ／ｎ−Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎ／ｐ−Ｇａ
1-x Ｉｎx Ｎ、ｎ+ −ＧａＮ／ｎ−ＧａＮ／ｐ−ＧａＮ
／ｎ−Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎ／ｐ−Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎ、ｎ+
−Ｇａ1-x ＩｎxＮ／ｎ−Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎ／ｎ−Ｇａ
1-y Ｉｎy Ｎ／ｐ−Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎ（ｘ≧ｙ）、ｎ+
− ＧａＮ／ｎ−ＧａＮ／ｎ−Ａｌ1-y Ｇａy Ｎ／ｐ−
Ａｌ1-xＧａx Ｎ（ｘ≧ｙ）、ｎ+ −ＧａＮ／ｎ−Ｇａ
Ｎ／ｎ−Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎ／ｐ−Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎ、ｎ
+ −Ａｌ1-x Ｇａx Ｎ／ｎ−Ａｌ1-x Ｇａx Ｎ／ｎ−Ａ
ｌ 1-y Ｇａy Ｎ／ｐ−Ａｌ1-x Ｇａx Ｎ（ｘ≧ｙ）、ｎ
+ −Ｇａ1-a Ｉｎa Ｎ／ｎ−Ｇａ1-a Ｉｎa Ｎ／ｐ−Ｇ
ａ1-b Ｉｎb Ｎ／ｎ−Ａｌ1-x Ｇａx Ｎ／ｎ−Ａｌ 1-y
Ｇａy Ｎ／ｐ−Ａｌ1-x Ｇａx Ｎ（ｘ≧ｙ、ａ≧ｂ）が
ある。しかし、とくにこれらに限定されるものではな
く、上記の構造の種々の組合せを用いて、目的とする発
光色の素子や多色化を行うことも可能である。
x Ｎ／ｎ−Ｇａ1-y Ｉｎy Ｎ／ｐ−Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎ
（ｘ≧ｙ）の積層構造例であり、他に、ｎ+ −ＧａＮ／
ｎ−ＧａＮ／ｐ−ＧａＮ、ｎ+ −ＧａＮ／ｎ−Ｇａ1-x
Ｉｎx Ｎ／ｐ−Ｇａ1-x Ｉｎ x Ｎ、ｎ+ −Ｇａ1-x Ａｌ
x Ｎ／ｎ−Ｇａ1-x Ａｌx Ｎ／ｐ−Ｇａ1-x Ａｌx Ｎ、
ｎ+ −Ｇａ1-x Ａｌx Ｎ／ｎ−Ｇａ1-x Ａｌx Ｎ／ｐ−
Ｇａ1-y Ａｌy Ｎ（ｘ≧ｙ）、ｎ+ −ＧａＮ／ｎ−Ｇａ
Ｎ／ｎ−Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎ／ｐ−Ｇａ1-x Ｉｎ x Ｎ、
ｎ+ −ＧａＮ／ｎ−ＧａＮ／ｎ−Ａｌ1-y Ｇａy Ｎ／ｐ
−Ａｌ1-x Ｇａ x Ｎ（ｘ≧ｙ）、ｎ+ −ＧａＮ／ｎ−Ｇ
ａＮ／ｎ−Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎ／ｐ−Ｇａ 1-x Ｉｎx Ｎ、
ｎ+ −Ａｌ1-x Ｇａx Ｎ／ｎ−Ａｌ1-x Ｇａx Ｎ／ｎ−
Ａｌ1-yＧａy Ｎ／ｐ−Ａｌ1-x Ｇａx Ｎ（ｘ≧ｙ）、
ｎ+ −ＧａＮ／ｎ−Ｇａ1-a Ｉｎ a Ｎ／ｐ−Ｇａ1-b Ｉ
ｎb Ｎ／ｎ−Ａｌ1-x Ｇａx Ｎ／ｎ−Ａｌ1-y Ｇａy Ｎ
／ｐ−Ａｌ1-x Ｇａx Ｎ（ｘ≧ｙ、ａ≧ｂ）、ｎ+ −Ｇ
ａＮ／ｎ−ＧａＮ／ｎ−Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎ／ｐ−Ｇａ
1-x Ｉｎx Ｎ、ｎ+ −ＧａＮ／ｎ−ＧａＮ／ｐ−ＧａＮ
／ｎ−Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎ／ｐ−Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎ、ｎ+
−Ｇａ1-x ＩｎxＮ／ｎ−Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎ／ｎ−Ｇａ
1-y Ｉｎy Ｎ／ｐ−Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎ（ｘ≧ｙ）、ｎ+
− ＧａＮ／ｎ−ＧａＮ／ｎ−Ａｌ1-y Ｇａy Ｎ／ｐ−
Ａｌ1-xＧａx Ｎ（ｘ≧ｙ）、ｎ+ −ＧａＮ／ｎ−Ｇａ
Ｎ／ｎ−Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎ／ｐ−Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎ、ｎ
+ −Ａｌ1-x Ｇａx Ｎ／ｎ−Ａｌ1-x Ｇａx Ｎ／ｎ−Ａ
ｌ 1-y Ｇａy Ｎ／ｐ−Ａｌ1-x Ｇａx Ｎ（ｘ≧ｙ）、ｎ
+ −Ｇａ1-a Ｉｎa Ｎ／ｎ−Ｇａ1-a Ｉｎa Ｎ／ｐ−Ｇ
ａ1-b Ｉｎb Ｎ／ｎ−Ａｌ1-x Ｇａx Ｎ／ｎ−Ａｌ 1-y
Ｇａy Ｎ／ｐ−Ａｌ1-x Ｇａx Ｎ（ｘ≧ｙ、ａ≧ｂ）が
ある。しかし、とくにこれらに限定されるものではな
く、上記の構造の種々の組合せを用いて、目的とする発
光色の素子や多色化を行うことも可能である。
【００１４】電流を注入するための電極としては、Ａ
ｌ、Ｉｎ、Ａｕ、Ａｌ−Ｉｎ、Ａｌ−Ｓｎ、Ｉｎ−Ｓｎ
等の金属、酸化スズ、酸化インジウム、酸化スズ−酸化
インジウム、酸化亜鉛、縮退したＧａＮやＺｎＳｅ等を
用いることができ、発光層に電圧を印加するための電極
を所望の部位に形成して発光素子を作製する。さらに、
これらの電極にＮｉ等の金属を合金化または積層して電
極の耐熱性を向上することは、より好ましい。
ｌ、Ｉｎ、Ａｕ、Ａｌ−Ｉｎ、Ａｌ−Ｓｎ、Ｉｎ−Ｓｎ
等の金属、酸化スズ、酸化インジウム、酸化スズ−酸化
インジウム、酸化亜鉛、縮退したＧａＮやＺｎＳｅ等を
用いることができ、発光層に電圧を印加するための電極
を所望の部位に形成して発光素子を作製する。さらに、
これらの電極にＮｉ等の金属を合金化または積層して電
極の耐熱性を向上することは、より好ましい。
【００１５】つぎに本発明の窒化ガリウム系半導体発光
素子の製造方法について説明する。本発明で用いるガス
状化合物としては、アンモニア、三フッ化窒素、ヒドラ
ジンあるいはジメチルヒドラジンを単独で、またはそれ
らを主体とする混合ガスを用いることができる。また、
アンモニア、三フッ化窒素、ヒドラジンあるいはジメチ
ルヒドラジンは窒素、アルゴンやヘリウム等の不活性ガ
スで希釈してを使用することができる。これらのガスの
供給方法としては該セルに至る配管の途中にバルブや流
量制御装置、圧力制御装置を接続することによりこれら
のガスの混合比や供給量の制御、供給の開始・停止を行
うことをできるようにしたものを用いることが好まし
い。これらのガスを基板面に供給するためにはガスセル
を使用するこができ、さらに良質な窒化ガリウム系半導
体薄膜を作製するために該ガスセルを所定の温度に加熱
して窒素を含有する化合物を加熱して基板表面に供給す
ることがより好ましいものとなる。該ガスセルには加熱
を効率的に行うために、アルミナ、シリカ、ボロンナイ
トライド、炭化ケイ素等の耐食性の優れた材料を繊維
状、フレーク状、破砕状、粒状としたものををガスセル
に充填したり、さらにはそれらを多孔質状にして該ガス
セルに設置してガス状化合物との接触面積を大きくする
ことにより加熱効率を上げることが好ましいものとな
る。また、窒素をプラズマガスセルを用いて活性化して
基板面に供給することも可能である。ガス状化合物の基
板面への供給量は固体ソースより大きくする必要があ
り、ガス状化合物の供給量が固体ソースの供給量より小
さくなると生成する窒化ガリウム系半導体薄膜からのガ
ス状化合物から供給される元素の抜けが大きくなるた
め、良好な窒化ガリウム系半導体薄膜を得ることが困難
になる。したがって、該ガス状化合物の供給量は固体ソ
ースより１０倍以上、好ましくは１００倍以上、さらに
好ましくは１０００倍以上にすることである。
素子の製造方法について説明する。本発明で用いるガス
状化合物としては、アンモニア、三フッ化窒素、ヒドラ
ジンあるいはジメチルヒドラジンを単独で、またはそれ
らを主体とする混合ガスを用いることができる。また、
アンモニア、三フッ化窒素、ヒドラジンあるいはジメチ
ルヒドラジンは窒素、アルゴンやヘリウム等の不活性ガ
スで希釈してを使用することができる。これらのガスの
供給方法としては該セルに至る配管の途中にバルブや流
量制御装置、圧力制御装置を接続することによりこれら
のガスの混合比や供給量の制御、供給の開始・停止を行
うことをできるようにしたものを用いることが好まし
い。これらのガスを基板面に供給するためにはガスセル
を使用するこができ、さらに良質な窒化ガリウム系半導
体薄膜を作製するために該ガスセルを所定の温度に加熱
して窒素を含有する化合物を加熱して基板表面に供給す
ることがより好ましいものとなる。該ガスセルには加熱
を効率的に行うために、アルミナ、シリカ、ボロンナイ
トライド、炭化ケイ素等の耐食性の優れた材料を繊維
状、フレーク状、破砕状、粒状としたものををガスセル
に充填したり、さらにはそれらを多孔質状にして該ガス
セルに設置してガス状化合物との接触面積を大きくする
ことにより加熱効率を上げることが好ましいものとな
る。また、窒素をプラズマガスセルを用いて活性化して
基板面に供給することも可能である。ガス状化合物の基
板面への供給量は固体ソースより大きくする必要があ
り、ガス状化合物の供給量が固体ソースの供給量より小
さくなると生成する窒化ガリウム系半導体薄膜からのガ
ス状化合物から供給される元素の抜けが大きくなるた
め、良好な窒化ガリウム系半導体薄膜を得ることが困難
になる。したがって、該ガス状化合物の供給量は固体ソ
ースより１０倍以上、好ましくは１００倍以上、さらに
好ましくは１０００倍以上にすることである。
【００１６】本発明の固体ソースとは、ＩＩＩ族元素と
してはＩＩＩ族元素の金属の単体や合金、あるいは金属
塩を用いることができる。ＩＩＩ族元素とは、Ａｌ、Ｇ
ａ、Ｉｎから選ばれる少なくとも一種類の元素のことで
ある。また、本発明の窒化ガリウム系半導体薄膜を作製
するときに不純物をドーピングして、キャリア密度制
御、ｐ型、ｉ型、ｎ型あるいはｎ+ 型の導電型制御を行
うこともできる。ｐ型またはｉ型の窒化ガリウム系半導
体薄膜を得るためにドーピングする不純物の例としては
Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｃｄ、ＨｇやＬｉ等が
あり、ｎ型またはｎ+ 型窒化ガリウム系半導体薄膜を得
るためにドーピングする不純物としてはＳｉ、Ｇｅ、
Ｃ、Ｓｎ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ等がある。これらのドーパン
トの種類とドーピング量を変えることによってキャリア
ーの種類やキャリアー密度を変えることができる。この
場合、膜厚の方向によりドーピングする濃度を変えた
り、特定の層のみにドーピングするδ−ドーピングの方
法を用いることもできる。
してはＩＩＩ族元素の金属の単体や合金、あるいは金属
塩を用いることができる。ＩＩＩ族元素とは、Ａｌ、Ｇ
ａ、Ｉｎから選ばれる少なくとも一種類の元素のことで
ある。また、本発明の窒化ガリウム系半導体薄膜を作製
するときに不純物をドーピングして、キャリア密度制
御、ｐ型、ｉ型、ｎ型あるいはｎ+ 型の導電型制御を行
うこともできる。ｐ型またはｉ型の窒化ガリウム系半導
体薄膜を得るためにドーピングする不純物の例としては
Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｃｄ、ＨｇやＬｉ等が
あり、ｎ型またはｎ+ 型窒化ガリウム系半導体薄膜を得
るためにドーピングする不純物としてはＳｉ、Ｇｅ、
Ｃ、Ｓｎ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ等がある。これらのドーパン
トの種類とドーピング量を変えることによってキャリア
ーの種類やキャリアー密度を変えることができる。この
場合、膜厚の方向によりドーピングする濃度を変えた
り、特定の層のみにドーピングするδ−ドーピングの方
法を用いることもできる。
【００１７】本発明におけるＭＢＥ法による窒化ガリウ
ム系半導体薄膜を作製する上で、ＩＩＩ族元素と窒素を
含有する化合物を同時に基板面に供給したり、ＩＩＩ族
元素と窒素を含有する化合物を交互に基板面に供給した
り、あるいは該薄膜成長時に成長中断して該薄膜の結晶
化を促進したりする方法を行うこともできる。とくに、
ＲＨＥＥＤパターンを観察してストリークが見えること
を確認しながら膜成長を行うことは好ましいものであ
る。
ム系半導体薄膜を作製する上で、ＩＩＩ族元素と窒素を
含有する化合物を同時に基板面に供給したり、ＩＩＩ族
元素と窒素を含有する化合物を交互に基板面に供給した
り、あるいは該薄膜成長時に成長中断して該薄膜の結晶
化を促進したりする方法を行うこともできる。とくに、
ＲＨＥＥＤパターンを観察してストリークが見えること
を確認しながら膜成長を行うことは好ましいものであ
る。
【００１８】以下、一例としてアンモニアを用いるＭＢ
Ｅ法を用いた窒化ガリウム系半導体積層構造からなる窒
化ガリウム系半導体発光素子の製造方法について説明す
るが、とくにこれに限定されるものではない。装置とし
ては、図３に示すような真空容器２１内に、蒸発用ルツ
ボ（クヌードセンセル）２２、２３、２４および２５、
ガスセル２８、基板加熱ホルダー２７を備えたガスソー
スＭＢＥ装置を使用した。
Ｅ法を用いた窒化ガリウム系半導体積層構造からなる窒
化ガリウム系半導体発光素子の製造方法について説明す
るが、とくにこれに限定されるものではない。装置とし
ては、図３に示すような真空容器２１内に、蒸発用ルツ
ボ（クヌードセンセル）２２、２３、２４および２５、
ガスセル２８、基板加熱ホルダー２７を備えたガスソー
スＭＢＥ装置を使用した。
【００１９】蒸発用ルツボ２２にはＧａ金属を入れ、基
板面において１０13〜１０19／ｃｍ2 ・ｓｅｃになる温
度に加熱した。アンモニアの導入にはガスセル２６を用
い、基板２８に直接吹き付けるようにした。導入量は基
板表面において１０16〜１０20／ｃｍ2 ・ｓｅｃになる
ように供給した。蒸発用ルツボ２３、２４および２５に
は混晶系の化合物半導体を作製するためのＩｎ、Ａｌ、
Ａｓ、Ｓｂ等やドーパントであるＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｚ
ｎ、Ｂｅ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃ、Ｓｎ、Ｈｇ、Ｌｉ、
Ｐ等を入れ、所定の供給量になるように温度および供給
時間を制御する。
板面において１０13〜１０19／ｃｍ2 ・ｓｅｃになる温
度に加熱した。アンモニアの導入にはガスセル２６を用
い、基板２８に直接吹き付けるようにした。導入量は基
板表面において１０16〜１０20／ｃｍ2 ・ｓｅｃになる
ように供給した。蒸発用ルツボ２３、２４および２５に
は混晶系の化合物半導体を作製するためのＩｎ、Ａｌ、
Ａｓ、Ｓｂ等やドーパントであるＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｚ
ｎ、Ｂｅ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃ、Ｓｎ、Ｈｇ、Ｌｉ、
Ｐ等を入れ、所定の供給量になるように温度および供給
時間を制御する。
【００２０】基板２６は、サファイアＲ面から、サファ
イアｃ軸のＲ面射影を回転軸として９．２度回転させた
面を使用し、２００〜９００℃に加熱した。まず、基板
２８を９００℃で３０分間加熱した後、所定の成長温度
に設定し０．１〜１０オングストローム／ｓｅｃの成膜
速度でｎ型ドーパントをドーピングして０．０５〜２μ
ｍの厚みのｎ+ 型窒化ガリウム系半導体層を作製した。
続いて、該窒化ガリウム系半導体層の上に膜厚０．０５
〜１μｍのアンドープの窒化ガリウム系半導体薄膜を作
製した。さらにＧａのシャッターと同時にＭｇのシャッ
ターを開けて、０．０１〜１μｍのＭｇをドーピングし
た窒化ガリウム系半導体層を形成し、窒化ガリウム系半
導体積層構造を作製した。図４に示す成膜後のＲＨＥＥ
Ｄ回折パターンがストリーク状を示すことより、積層薄
膜は平坦でかつ良好な結晶性を有していることが分か
る。
イアｃ軸のＲ面射影を回転軸として９．２度回転させた
面を使用し、２００〜９００℃に加熱した。まず、基板
２８を９００℃で３０分間加熱した後、所定の成長温度
に設定し０．１〜１０オングストローム／ｓｅｃの成膜
速度でｎ型ドーパントをドーピングして０．０５〜２μ
ｍの厚みのｎ+ 型窒化ガリウム系半導体層を作製した。
続いて、該窒化ガリウム系半導体層の上に膜厚０．０５
〜１μｍのアンドープの窒化ガリウム系半導体薄膜を作
製した。さらにＧａのシャッターと同時にＭｇのシャッ
ターを開けて、０．０１〜１μｍのＭｇをドーピングし
た窒化ガリウム系半導体層を形成し、窒化ガリウム系半
導体積層構造を作製した。図４に示す成膜後のＲＨＥＥ
Ｄ回折パターンがストリーク状を示すことより、積層薄
膜は平坦でかつ良好な結晶性を有していることが分か
る。
【００２１】ついで、該積層薄膜にリソグラフィープロ
セスを行うことにより、素子の形状を設定するとともに
電流を注入するための電極を設ける。リソグラフィープ
ロセスは通常のフォトレジスト材料を用いるプロセスで
行うことができ、エッチング法としてはドライエッチン
グ法を行うことができる。ドライエッチング法として
は、通常の方法を用いることができ、イオンミリング、
ＥＣＲエッチング、反応性イオンエッチング、イオンビ
ームアシストエッチング、集束イオンビームエッチング
を用いることができる。とくに本発明においては窒化ガ
リウム系半導体積層薄膜の全体膜厚が小さいためにこれ
らのドライエッチング法が効率的に適用できるのも特長
の一つである。電流を注入するための電極としては、Ａ
ｌ、Ｉｎ、Ａｕ、Ａｌ−Ｉｎ、Ａｌ−Ｓｎ、Ｉｎ−Ｓｎ
等の金属、酸化スズ、酸化インジウム、酸化スズ−酸化
インジウム、酸化亜鉛、縮退したＧａＮやＺｎＳｅ等を
用いることができ、ＭＢＥ法、真空蒸着法、電子ビーム
蒸着法やスパッタ法等により作製することができる。
セスを行うことにより、素子の形状を設定するとともに
電流を注入するための電極を設ける。リソグラフィープ
ロセスは通常のフォトレジスト材料を用いるプロセスで
行うことができ、エッチング法としてはドライエッチン
グ法を行うことができる。ドライエッチング法として
は、通常の方法を用いることができ、イオンミリング、
ＥＣＲエッチング、反応性イオンエッチング、イオンビ
ームアシストエッチング、集束イオンビームエッチング
を用いることができる。とくに本発明においては窒化ガ
リウム系半導体積層薄膜の全体膜厚が小さいためにこれ
らのドライエッチング法が効率的に適用できるのも特長
の一つである。電流を注入するための電極としては、Ａ
ｌ、Ｉｎ、Ａｕ、Ａｌ−Ｉｎ、Ａｌ−Ｓｎ、Ｉｎ−Ｓｎ
等の金属、酸化スズ、酸化インジウム、酸化スズ−酸化
インジウム、酸化亜鉛、縮退したＧａＮやＺｎＳｅ等を
用いることができ、ＭＢＥ法、真空蒸着法、電子ビーム
蒸着法やスパッタ法等により作製することができる。
【００２２】この方法で得られた素子をダイシングソー
等で切断し、ワイヤーボンダーにより金線を用いて配線
を行い製品を作ることができる。
等で切断し、ワイヤーボンダーにより金線を用いて配線
を行い製品を作ることができる。
【００２３】
【実施例】以下、実施例によりさらに詳細に説明する。
【００２４】
【実施例１】アンモニアを用いたＭＢＥ法により、窒化
ガリウム系半導体発光素子を作製した例について説明す
る。図３に示すような真空容器２１内に、蒸発用ルツボ
２２、２３、２４および２５、ガスセル２６、および基
板加熱ホルダー２８を備えた結晶成長装置を用いた。蒸
発用ルツボ２２にはＧａ金属を入れ、１０２０℃に加熱
し、蒸発用ルツボ２４および２５にはＭｇ、Ｓｉを入れ
て各々２８０℃、１２００℃に加熱した。ガスとしては
アンモニアを使用し、ガスの導入には内部にアルミナフ
ァイバーを充填したガスセル２６を使用し、３７０℃に
加熱してガスを直接に基板２８に吹き付けるようにして
５ｃｃ／ｍｉｎの速度で供給した。
ガリウム系半導体発光素子を作製した例について説明す
る。図３に示すような真空容器２１内に、蒸発用ルツボ
２２、２３、２４および２５、ガスセル２６、および基
板加熱ホルダー２８を備えた結晶成長装置を用いた。蒸
発用ルツボ２２にはＧａ金属を入れ、１０２０℃に加熱
し、蒸発用ルツボ２４および２５にはＭｇ、Ｓｉを入れ
て各々２８０℃、１２００℃に加熱した。ガスとしては
アンモニアを使用し、ガスの導入には内部にアルミナフ
ァイバーを充填したガスセル２６を使用し、３７０℃に
加熱してガスを直接に基板２８に吹き付けるようにして
５ｃｃ／ｍｉｎの速度で供給した。
【００２５】基板２８としては、サファイアＲ面から、
サファイアｃ軸のＲ面射影を回転軸として９．２度回転
させた基板面を有するサファイア基板を用いた。真空容
器内の圧力は、成膜時において２×１０-6Ｔｏｒｒであ
った。まず、基板２８を９００℃で３０分間加熱し、つ
いで７５０℃の温度に保持し成膜を行う。成膜はアンモ
ニアをガスセル２８から供給しながらＧａとＳｉのルツ
ボのシャッターを同時に開けて行い、Ｇａのビーム強度
を５．５１×１０14／ｃｍ2 ・ｓｅｃに設定して、１．
０オングストローム／ｓｅｃの成膜速度で膜厚０．３μ
ｍのＳｉをドープしたｎ+ 型のＧａＮ薄膜を作製する。
続いて、Ｇａのルツボのシャッターだけを開けて、０．
２μｍのアンドープのｎ型ＧａＮ薄膜を作製する。さら
に、これらの積層構造上にＧａのシャッターとＭｇのル
ツボのシャッターを同時に開けて、０．０５μｍの厚み
のｉ型のドーピング層を形成することによって窒化ガリ
ウム系半導体積層構造を作製した。図４に示す成膜後の
ＲＨＥＥＤ回折パターンがストリーク状を示すことよ
り、積層薄膜は平坦でかつ良好な結晶性を有しているこ
とが分かる。
サファイアｃ軸のＲ面射影を回転軸として９．２度回転
させた基板面を有するサファイア基板を用いた。真空容
器内の圧力は、成膜時において２×１０-6Ｔｏｒｒであ
った。まず、基板２８を９００℃で３０分間加熱し、つ
いで７５０℃の温度に保持し成膜を行う。成膜はアンモ
ニアをガスセル２８から供給しながらＧａとＳｉのルツ
ボのシャッターを同時に開けて行い、Ｇａのビーム強度
を５．５１×１０14／ｃｍ2 ・ｓｅｃに設定して、１．
０オングストローム／ｓｅｃの成膜速度で膜厚０．３μ
ｍのＳｉをドープしたｎ+ 型のＧａＮ薄膜を作製する。
続いて、Ｇａのルツボのシャッターだけを開けて、０．
２μｍのアンドープのｎ型ＧａＮ薄膜を作製する。さら
に、これらの積層構造上にＧａのシャッターとＭｇのル
ツボのシャッターを同時に開けて、０．０５μｍの厚み
のｉ型のドーピング層を形成することによって窒化ガリ
ウム系半導体積層構造を作製した。図４に示す成膜後の
ＲＨＥＥＤ回折パターンがストリーク状を示すことよ
り、積層薄膜は平坦でかつ良好な結晶性を有しているこ
とが分かる。
【００２６】ついで、該積層薄膜にリソグラフィープロ
セスを行うことにより、電流を注入するための電極を設
ける。リソグラフィープロセスは通常のフォトレジスト
材料を用いるプロセスで行うことができ、エッチング法
として、イオンミリングを行うことによって、電流を注
入する電極を形成するため窓を作製した。ついで、Ａｌ
電極を真空蒸着法によって形成した。
セスを行うことにより、電流を注入するための電極を設
ける。リソグラフィープロセスは通常のフォトレジスト
材料を用いるプロセスで行うことができ、エッチング法
として、イオンミリングを行うことによって、電流を注
入する電極を形成するため窓を作製した。ついで、Ａｌ
電極を真空蒸着法によって形成した。
【００２７】この方法で得られた素子をダイシングソー
で切断し、ワイヤボンダーにより金線を用いて配線を行
った。本発明の素子構造を図５にダイオード特性を測定
した結果を図６に示す。この素子の電極に１５Ｖの電圧
を印加して３０ｍＡの電流を注入すると、７０ｍｃｄの
青色発光が観測された。発光スペクトルは図７に示す。
で切断し、ワイヤボンダーにより金線を用いて配線を行
った。本発明の素子構造を図５にダイオード特性を測定
した結果を図６に示す。この素子の電極に１５Ｖの電圧
を印加して３０ｍＡの電流を注入すると、７０ｍｃｄの
青色発光が観測された。発光スペクトルは図７に示す。
【００２８】
【実施例２】アンモニアを用いたＭＢＥ法によりＧａ
1-x Ｉｎx Ｎ系半導体発光素子を作製した例について説
明する。図３に示すような真空容器２１内に、蒸発用ル
ツボ２２、２３、２４および２５、ガスセル２６、およ
び基板加熱ホルダー２７を備えたガスソースＭＢＥを用
いた。
1-x Ｉｎx Ｎ系半導体発光素子を作製した例について説
明する。図３に示すような真空容器２１内に、蒸発用ル
ツボ２２、２３、２４および２５、ガスセル２６、およ
び基板加熱ホルダー２７を備えたガスソースＭＢＥを用
いた。
【００２９】蒸発用ルツボ２２にはＧａ金属を入れ、１
０２０℃に加熱し、蒸発用ルツボ２３にはＩｎ金属を入
れて９５０℃に加熱し、蒸発用ルツボ２４および２５に
はＭｇ、Ｓｉを入れて各々２８０℃、１２００℃に加熱
した。ガスとしてはアンモニアを使用し、ガスの導入に
は内部にアルミナファイバーを充填したガスセル２６を
使用し、３７０℃に加熱してガスを直接に基板２８に吹
き付けるようにして５ｃｃ／ｍｉｎの速度で供給した。
０２０℃に加熱し、蒸発用ルツボ２３にはＩｎ金属を入
れて９５０℃に加熱し、蒸発用ルツボ２４および２５に
はＭｇ、Ｓｉを入れて各々２８０℃、１２００℃に加熱
した。ガスとしてはアンモニアを使用し、ガスの導入に
は内部にアルミナファイバーを充填したガスセル２６を
使用し、３７０℃に加熱してガスを直接に基板２８に吹
き付けるようにして５ｃｃ／ｍｉｎの速度で供給した。
【００３０】基板２８としては、サファイアＲ面から、
サファイアｃ軸のＲ面射影を回転軸として９．２度回転
させた基板面を有するサファイア基板を用いた。真空容
器内の圧力は、成膜時において２×１０-6Ｔｏｒｒであ
った。まず、基板２８を９００℃で３０分間加熱し、つ
いで７５０℃の温度に保持し成膜を行う。成膜はアンモ
ニアをガスセル２６から供給しながらＧａ、ＩｎとＳｉ
のルツボのシャッターを同時に開けて行い、１．２オン
グストローム／ｓｅｃの成膜速度で膜厚０．３μｍのＳ
ｉをドープしたｎ+ 型Ｇａ1ーX ＩｎX Ｎ（Ｘ＝０．１
２）薄膜を作製する。続いてＧａとＩｎのルツボのシャ
ッターを開けて行い、１．２オングストローム／ｓｅｃ
の成膜速度で膜厚 ０．３μｍのアンドープのｎ型Ｇａ
1ーX ＩｎX Ｎ（Ｘ＝０．１２）薄膜を作製する。さら
に、ＧａとＩｎのルツボのシャッターと同時にＭｇのル
ツボのシャッターを同時に開けて、０．０５μｍの厚み
のｉ型のＧａ1ーX ＩｎX Ｎ（Ｘ＝０．１２）組成のドー
ピング層を形成することによって窒化ガリウム系半導体
積層構造を作製した。成膜後のＲＨＥＥＤ回折パターン
がストリーク状を示すことより、積層薄膜は平坦でかつ
良好な結晶性を有していることが分かる。
サファイアｃ軸のＲ面射影を回転軸として９．２度回転
させた基板面を有するサファイア基板を用いた。真空容
器内の圧力は、成膜時において２×１０-6Ｔｏｒｒであ
った。まず、基板２８を９００℃で３０分間加熱し、つ
いで７５０℃の温度に保持し成膜を行う。成膜はアンモ
ニアをガスセル２６から供給しながらＧａ、ＩｎとＳｉ
のルツボのシャッターを同時に開けて行い、１．２オン
グストローム／ｓｅｃの成膜速度で膜厚０．３μｍのＳ
ｉをドープしたｎ+ 型Ｇａ1ーX ＩｎX Ｎ（Ｘ＝０．１
２）薄膜を作製する。続いてＧａとＩｎのルツボのシャ
ッターを開けて行い、１．２オングストローム／ｓｅｃ
の成膜速度で膜厚 ０．３μｍのアンドープのｎ型Ｇａ
1ーX ＩｎX Ｎ（Ｘ＝０．１２）薄膜を作製する。さら
に、ＧａとＩｎのルツボのシャッターと同時にＭｇのル
ツボのシャッターを同時に開けて、０．０５μｍの厚み
のｉ型のＧａ1ーX ＩｎX Ｎ（Ｘ＝０．１２）組成のドー
ピング層を形成することによって窒化ガリウム系半導体
積層構造を作製した。成膜後のＲＨＥＥＤ回折パターン
がストリーク状を示すことより、積層薄膜は平坦でかつ
良好な結晶性を有していることが分かる。
【００３１】ついで、該積層薄膜にリソグラフィープロ
セスを行うことにより、電流を注入するための電極を設
ける。リソグラフィープロセスは通常のフォトレジスト
材料を用いるプロセスで行うことができ、エッチング法
として、イオンミリングを行うことによって、電流を注
入する電極を形成するため窓を作製した。ついで、Ａｌ
電極を真空蒸着法によって形成した。
セスを行うことにより、電流を注入するための電極を設
ける。リソグラフィープロセスは通常のフォトレジスト
材料を用いるプロセスで行うことができ、エッチング法
として、イオンミリングを行うことによって、電流を注
入する電極を形成するため窓を作製した。ついで、Ａｌ
電極を真空蒸着法によって形成した。
【００３２】この方法で得られた素子をダイシングソー
で切断し、ワイヤボンダーにより金線を用いて配線を行
った。本発明の素子構造を図８に示す。この素子の電極
に１５Ｖの電圧を印加して４０ｍＡの電流を注入する
と、６０ｍｃｄの青緑色発光が観測された。
で切断し、ワイヤボンダーにより金線を用いて配線を行
った。本発明の素子構造を図８に示す。この素子の電極
に１５Ｖの電圧を印加して４０ｍＡの電流を注入する
と、６０ｍｃｄの青緑色発光が観測された。
【００３３】
【実施例３】アンモニアを用いたＭＢＥ法によりｎ
+ 型、ｎ型、ｉ型のＡｌ1-x Ｇａx Ｎを順次積層して窒
化ガリウム系発光素子を作製した例について説明する。
図３に示すような真空容器２１内に、蒸発用ルツボ２
２、２３、２４および２５、ガスセル２６、および基板
加熱ホルダー２７を備えたガスソースＭＢＥを用いた。
+ 型、ｎ型、ｉ型のＡｌ1-x Ｇａx Ｎを順次積層して窒
化ガリウム系発光素子を作製した例について説明する。
図３に示すような真空容器２１内に、蒸発用ルツボ２
２、２３、２４および２５、ガスセル２６、および基板
加熱ホルダー２７を備えたガスソースＭＢＥを用いた。
【００３４】蒸発用ルツボ２１にはＧａ金属を入れ、１
０２０℃に加熱し、蒸発用ルツボ２３にはＡｌ金属を入
れて８００℃に加熱し、蒸発用ルツボ２４および２５に
はＭｇ、Ｓｉを入れて各々２８０℃、１２００℃に加熱
した。ガスとしてはアンモニアを使用し、ガスの導入に
は内部にアルミナファイバーを充填したガスセル２６を
使用し、３７０℃に加熱してガスを直接に基板２６に吹
き付けるようにして５ｃｃ／ｍｉｎの速度で供給した。
０２０℃に加熱し、蒸発用ルツボ２３にはＡｌ金属を入
れて８００℃に加熱し、蒸発用ルツボ２４および２５に
はＭｇ、Ｓｉを入れて各々２８０℃、１２００℃に加熱
した。ガスとしてはアンモニアを使用し、ガスの導入に
は内部にアルミナファイバーを充填したガスセル２６を
使用し、３７０℃に加熱してガスを直接に基板２６に吹
き付けるようにして５ｃｃ／ｍｉｎの速度で供給した。
【００３５】基板２８としては、サファイアＲ面から、
サファイアｃ軸のＲ面射影を回転軸として９．２度回転
させた基板面を有するサファイア基板を用いた。真空容
器内の圧力は、成膜時において２×１０-6Ｔｏｒｒであ
った。まず、基板２８を９００℃で３０分間加熱し、つ
いで７５０℃の温度に保持し成膜を行う。成膜はアンモ
ニアをガスセル２６から供給しながらＧａ、ＡｌとＳｉ
のルツボのシャッターを同時に開けて行い、Ｇａのビー
ム強度を５．５１×１０14／ｃｍ2 ・ｓｅｃに設定し
て、１．２オングストローム／ｓｅｃの成膜速度で膜厚
０．２μｍのＳｉをドープしたｎ+ 型Ａｌ1ーX Ｇａx Ｎ
（Ｘ＝０．９０）薄膜を作製する。さらに、ＧａとＡｌ
のシャッターだけを開けて、０．１μｍの厚みのアンド
ープのｎ型Ａｌ1ーX Ｇａx Ｎ層（Ｘ＝０．９０）を形成
する。その後、Ｇａ、ＡｌとＭｇのルツボのシャッター
を同時に開けて、０．０５μｍの厚みのｉ型のＡｌ1ーX
ＧａX Ｎ（Ｘ＝０．９０）組成のドーピング層を形成す
ることによって窒化ガリウム系半導体積層構造を作製し
た。成膜後のＲＨＥＥＤ回折パターンがストリーク状を
示すことより、積層薄膜は平坦でかつ良好な結晶性を有
していることが分かる。
サファイアｃ軸のＲ面射影を回転軸として９．２度回転
させた基板面を有するサファイア基板を用いた。真空容
器内の圧力は、成膜時において２×１０-6Ｔｏｒｒであ
った。まず、基板２８を９００℃で３０分間加熱し、つ
いで７５０℃の温度に保持し成膜を行う。成膜はアンモ
ニアをガスセル２６から供給しながらＧａ、ＡｌとＳｉ
のルツボのシャッターを同時に開けて行い、Ｇａのビー
ム強度を５．５１×１０14／ｃｍ2 ・ｓｅｃに設定し
て、１．２オングストローム／ｓｅｃの成膜速度で膜厚
０．２μｍのＳｉをドープしたｎ+ 型Ａｌ1ーX Ｇａx Ｎ
（Ｘ＝０．９０）薄膜を作製する。さらに、ＧａとＡｌ
のシャッターだけを開けて、０．１μｍの厚みのアンド
ープのｎ型Ａｌ1ーX Ｇａx Ｎ層（Ｘ＝０．９０）を形成
する。その後、Ｇａ、ＡｌとＭｇのルツボのシャッター
を同時に開けて、０．０５μｍの厚みのｉ型のＡｌ1ーX
ＧａX Ｎ（Ｘ＝０．９０）組成のドーピング層を形成す
ることによって窒化ガリウム系半導体積層構造を作製し
た。成膜後のＲＨＥＥＤ回折パターンがストリーク状を
示すことより、積層薄膜は平坦でかつ良好な結晶性を有
していることが分かる。
【００３６】ついで、該積層薄膜にリソグラフィープロ
セスを行うことにより、電流を注入するための電極を設
ける。リソグラフィープロセスは通常のフォトレジスト
材料を用いるプロセスで行うことができ、エッチング法
として、イオンミリングを行うことによって、電流を注
入する電極を形成するため窓を作製した。ついで、Ａｌ
電極を真空蒸着法によって形成した。
セスを行うことにより、電流を注入するための電極を設
ける。リソグラフィープロセスは通常のフォトレジスト
材料を用いるプロセスで行うことができ、エッチング法
として、イオンミリングを行うことによって、電流を注
入する電極を形成するため窓を作製した。ついで、Ａｌ
電極を真空蒸着法によって形成した。
【００３７】この方法で得られた素子をダイシングソー
で切断し、ワイヤボンダーにより金線を用いて配線を行
った。本発明の素子構造を図９に示す。この素子の電極
に１５Ｖの電圧を印加して３０ｍＡの電流を注入する
と、１．２ｍＷの紫外の発光が観測された。
で切断し、ワイヤボンダーにより金線を用いて配線を行
った。本発明の素子構造を図９に示す。この素子の電極
に１５Ｖの電圧を印加して３０ｍＡの電流を注入する
と、１．２ｍＷの紫外の発光が観測された。
【００３８】
【発明の効果】本発明による窒化ガリウム系半導体発光
素子は、窒化ガリウム薄膜と基板との格子不整合が小さ
いため結晶性が良好で、かつｎ+ 型窒化ガリウム系半導
体層を設けたことにより、発光層に均一電場を印加する
ことができるために低電圧で均一な発光強度分布を有す
る高性能の発光素子を得ることを可能にする。
素子は、窒化ガリウム薄膜と基板との格子不整合が小さ
いため結晶性が良好で、かつｎ+ 型窒化ガリウム系半導
体層を設けたことにより、発光層に均一電場を印加する
ことができるために低電圧で均一な発光強度分布を有す
る高性能の発光素子を得ることを可能にする。
【図１】サファイアのコランダム型六方晶と、結晶のＲ
面、ｃ軸を示す断面図である。
面、ｃ軸を示す断面図である。
【図２】サファイアＲ面から、サファイアｃ軸のＲ面射
影を回転軸として９．２度回転させた面を示す断面図で
ある。
影を回転軸として９．２度回転させた面を示す断面図で
ある。
【図３】薄膜作製に用いたＭＢＥ装置の概略図である。
【図４】成膜後のＲＨＥＥＤ回折パタ−ンの観察結果で
ある。
ある。
【図５】実施例１で作製したＧａＮーＭＩＳ型構造の素
子構造である薄膜作製に用いたＭＢＥ装置の概略図であ
る。
子構造である薄膜作製に用いたＭＢＥ装置の概略図であ
る。
【図６】実施例１で作製したＧａＮーＭＩＳ型構造素子
の電流ー電圧測定結果である。
の電流ー電圧測定結果である。
【図７】実施例１で作製したＧａＮーＭＩＳ型構造素子
の発光特性結果である。
の発光特性結果である。
【図８】実施例２で作製したＧａＩｎＮーＭＩＳ型構造
の素子構造である。
の素子構造である。
【図９】実施例３で作製したＡｌＧａＮーＭＩＳ型構造
の素子構造である。
の素子構造である。
【図１０】窒化ガリウム半導体発光素子の断面構造を示
した図である。
した図である。
【図１１】ＧａＩｎＮ系発光素子の断面構造を示した図
である。
である。
【図１２】ＧａＮ／ＧａＩｎＮ系多層発光素子の断面構
造を示した図である。
造を示した図である。
【図１３】ＧａＮ／Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎ系発光素子の断面
構造を示した図である。
構造を示した図である。
１ サファイアＲ面 ２ サファイアｃ軸 ３ サファイアｃ軸のＲ面射影 ４ サファイアＲ面から、サファイアｃ軸のＲ面射影
を回転軸として９．２度回転させた面 ５ サファイア基板 ６ ｎ―ＧａＮ層 ７ ｉ―ＧａＮ層 ８ Ａｌ電極 ９ ｎ―Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎ層 １０ ｎ+ ―Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎ層 １１ ｉ―Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎ層 １２ ｐ―Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎ層 １３ ｐ―ＧａＮ層 １４ ｎ―Ｇａ1-y Ｉｎy Ｎ層 １５ ｐ―Ｇａ1-y Ｉｎy Ｎ層 １６ Ｍｇドープ・ｉ―ＧａＮ層 １７ ｎ+ ―ＧａＮ層 １８ ｎ+ ―Ａｌ1-x Ｇａx Ｎ層 １９ ｎ―Ａｌ1-x Ｇａx Ｎ層 ２０ ｉ―Ａｌ1-x Ｇａx Ｎ層 ２１ 真空容器 ２２ 蒸発用ルツボ ２３ 蒸発用ルツボ ２４ 蒸発用ルツボ ２５ 蒸発用ルツボ ２６ ガスセル ２７ 基板加熱ホルダー ２８ 基板 ２９ 四重極質量分析計 ３０ クライオパネル ３１ バルブ ３２ コールドトラップ ３３ 油拡散ポンプ ３４ 油回転ポンプ ３５ 基板ヒーター ３６ シャッター ３７ シャッター ３８ シャッター
を回転軸として９．２度回転させた面 ５ サファイア基板 ６ ｎ―ＧａＮ層 ７ ｉ―ＧａＮ層 ８ Ａｌ電極 ９ ｎ―Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎ層 １０ ｎ+ ―Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎ層 １１ ｉ―Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎ層 １２ ｐ―Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎ層 １３ ｐ―ＧａＮ層 １４ ｎ―Ｇａ1-y Ｉｎy Ｎ層 １５ ｐ―Ｇａ1-y Ｉｎy Ｎ層 １６ Ｍｇドープ・ｉ―ＧａＮ層 １７ ｎ+ ―ＧａＮ層 １８ ｎ+ ―Ａｌ1-x Ｇａx Ｎ層 １９ ｎ―Ａｌ1-x Ｇａx Ｎ層 ２０ ｉ―Ａｌ1-x Ｇａx Ｎ層 ２１ 真空容器 ２２ 蒸発用ルツボ ２３ 蒸発用ルツボ ２４ 蒸発用ルツボ ２５ 蒸発用ルツボ ２６ ガスセル ２７ 基板加熱ホルダー ２８ 基板 ２９ 四重極質量分析計 ３０ クライオパネル ３１ バルブ ３２ コールドトラップ ３３ 油拡散ポンプ ３４ 油回転ポンプ ３５ 基板ヒーター ３６ シャッター ３７ シャッター ３８ シャッター
Claims (2)
- 【請求項１】サファイアＲ面から、サファイアｃ軸のＲ
面射影を回転軸として９．２度回転させた面を基板面と
して、その上に直接形成されたｎ+ 型窒化ガリウム系半
導体層を有し、さらにｎ型単結晶窒化ガリウム系半導体
層およびｐ型あるいはｉ型からなる単結晶窒化ガリウム
系半導体層からなる発光層を少なくとも一つ有し、その
発光層に電圧を印加するために所望の部位に電極を具備
してなることを特徴とする窒化ガリウム系半導体発光素
子。 - 【請求項２】ＭＢＥ法において、窒素を含有するガス状
化合物を供給するガスソースと、ＩＩＩ族元素を供給す
る固体ソースを有する結晶成長装置を用い、サファイア
Ｒ面からサファイアｃ軸のＲ面射影を回転軸として９．
２度回転させた面を基板面として、窒素を含有するガス
状化合物とＩＩＩ族元素およびｎ型ドーパントを供給す
ることにより基板上にｎ+ 型窒化ガリウム系半導体層を
形成する工程、窒素を含有するガス状化合物とＩＩＩ族
元素を供給してｎ型単結晶窒化ガリウム系半導体層を形
成する工程、窒素を含有するガス状化合物とＩＩＩ族元
素およびｐ型ドーパントを供給してｐ型あるいはｉ型か
らなる単結晶窒化ガリウム系半導体層を形成する工程を
少なくとも含むことを特徴とする半導体発光素子の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7725192A JP3065780B2 (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | 窒化ガリウム系発光素子および製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7725192A JP3065780B2 (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | 窒化ガリウム系発光素子および製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05283745A true JPH05283745A (ja) | 1993-10-29 |
| JP3065780B2 JP3065780B2 (ja) | 2000-07-17 |
Family
ID=13628641
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7725192A Expired - Lifetime JP3065780B2 (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | 窒化ガリウム系発光素子および製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3065780B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001168040A (ja) * | 1999-12-13 | 2001-06-22 | Fuji Xerox Co Ltd | 窒化物半導体素子及びその製造方法 |
| US6497944B1 (en) | 1997-12-26 | 2002-12-24 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Light-emitting device comprising a gallium-nitride-group compound-semiconductor |
| US6841800B2 (en) | 1997-12-26 | 2005-01-11 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Light-emitting device comprising a gallium-nitride-group compound-semiconductor |
| JP2007049169A (ja) * | 1995-11-27 | 2007-02-22 | Sumitomo Chemical Co Ltd | ３−５族化合物半導体発光素子 |
| JP2007067397A (ja) * | 1995-11-27 | 2007-03-15 | Sumitomo Chemical Co Ltd | ３−５族化合物半導体の製造方法 |
-
1992
- 1992-03-31 JP JP7725192A patent/JP3065780B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007049169A (ja) * | 1995-11-27 | 2007-02-22 | Sumitomo Chemical Co Ltd | ３−５族化合物半導体発光素子 |
| JP2007067397A (ja) * | 1995-11-27 | 2007-03-15 | Sumitomo Chemical Co Ltd | ３−５族化合物半導体の製造方法 |
| US6497944B1 (en) | 1997-12-26 | 2002-12-24 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Light-emitting device comprising a gallium-nitride-group compound-semiconductor |
| US6841800B2 (en) | 1997-12-26 | 2005-01-11 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Light-emitting device comprising a gallium-nitride-group compound-semiconductor |
| US7002184B2 (en) | 1997-12-26 | 2006-02-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Light-emitting device comprising a gallum-nitride-group compound-semiconductor |
| JP2001168040A (ja) * | 1999-12-13 | 2001-06-22 | Fuji Xerox Co Ltd | 窒化物半導体素子及びその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3065780B2 (ja) | 2000-07-17 |
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