JPH0555631A - 半導体積層薄膜およびその製造方法 - Google Patents
半導体積層薄膜およびその製造方法Info
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- JPH0555631A JPH0555631A JP2092392A JP2092392A JPH0555631A JP H0555631 A JPH0555631 A JP H0555631A JP 2092392 A JP2092392 A JP 2092392A JP 2092392 A JP2092392 A JP 2092392A JP H0555631 A JPH0555631 A JP H0555631A
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- H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
- H01L24/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
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- H—ELECTRICITY
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- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/00014—Technical content checked by a classifier the subject-matter covered by the group, the symbol of which is combined with the symbol of this group, being disclosed without further technical details
Abstract
(57)【要約】
【目的】 電子素子として好適な窒化ガリウム系半導体
積層薄膜を得る。 【構成】 ＣＢＥ法によってオフ角が０．８度以下のサ
ファイア基板上に窒化ガリウム系半導体薄膜を積層する
構造の半導体積層薄膜とその製造方法。 【効果】 オフ角が０．８度以下のサファイア基板上
に、表面が平坦で結晶性の良好な窒化ガリウム系半導体
薄膜が積層した構造の半導体積層薄膜を得ることができ
る。発光素子、受光素子や高温で動作するトランジスタ
用の半導体薄膜積層体として好適なものである。
積層薄膜を得る。 【構成】 ＣＢＥ法によってオフ角が０．８度以下のサ
ファイア基板上に窒化ガリウム系半導体薄膜を積層する
構造の半導体積層薄膜とその製造方法。 【効果】 オフ角が０．８度以下のサファイア基板上
に、表面が平坦で結晶性の良好な窒化ガリウム系半導体
薄膜が積層した構造の半導体積層薄膜を得ることができ
る。発光素子、受光素子や高温で動作するトランジスタ
用の半導体薄膜積層体として好適なものである。
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〜青色発光ダイ
オードやレーザーダーオード、あるいは光センサーやト
ランジスタ等に用いることができる半導体積層薄膜およ
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〜青色発光ダイ
オードやレーザーダーオード、あるいは光センサーやト
ランジスタ等に用いることができる半導体積層薄膜およ
びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】バンドギャップの大きい半導体素子は発
光素子、受光素子や高温で使用可能なトランジスタとし
て期待されている。なかでも、発光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。
受光素子としては、紫外〜青色領域のセンサーとして、
あるいは光通信にも使用することができる。また、バン
ドギャップが大きいために耐熱性に優れ、高温でも動作
可能なトランジスタを作ることができると期待されてい
る。
光素子、受光素子や高温で使用可能なトランジスタとし
て期待されている。なかでも、発光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。
受光素子としては、紫外〜青色領域のセンサーとして、
あるいは光通信にも使用することができる。また、バン
ドギャップが大きいために耐熱性に優れ、高温でも動作
可能なトランジスタを作ることができると期待されてい
る。
【０００３】しかし、一般的に広いバンドギャップを有
する化合物半導体薄膜の作製は難しく、とくに発光素子
に使用可能な薄膜の製造方法はまだ確立されているとは
言えない。例えば、青色発光素子として有望視されてい
る窒化ガリウム（ＧａＮ）は、これまではサファイアＣ
面上にＭＯＣＶＤ法、あるいはＶＰＥ法により成膜され
ている［Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈ
ｙｓｉｃｓ，５６ Ｐ．２３６７−２３６８（１９８
４）］が、良好な結晶を得るためには反応温度を高くす
る必要があり、製造が著しく困難であった。さらに、高
温度での成長であるため窒素が不足し欠陥となり、キャ
リア密度が極めて大きくなるので良好な半導体特性がい
まだ得られていない。したがって、それを克服するため
にサファイア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。
する化合物半導体薄膜の作製は難しく、とくに発光素子
に使用可能な薄膜の製造方法はまだ確立されているとは
言えない。例えば、青色発光素子として有望視されてい
る窒化ガリウム（ＧａＮ）は、これまではサファイアＣ
面上にＭＯＣＶＤ法、あるいはＶＰＥ法により成膜され
ている［Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈ
ｙｓｉｃｓ，５６ Ｐ．２３６７−２３６８（１９８
４）］が、良好な結晶を得るためには反応温度を高くす
る必要があり、製造が著しく困難であった。さらに、高
温度での成長であるため窒素が不足し欠陥となり、キャ
リア密度が極めて大きくなるので良好な半導体特性がい
まだ得られていない。したがって、それを克服するため
にサファイア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試みでは、供給
する窒素ガスに電子シャワーを照射して活性化する方法
が行われている［Ｊａｐ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ
ｉ．，２０，Ｌ５４５（１９８１）］が、この方法によ
っても発光にいたる良質の膜質は得られていない。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試みられている。活性の高い窒
素を得るためにプラズマを利用する方法が行われている
［Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，Ａ７ Ｐ．
７０１（１９８９）］が成功していないのが現状であ
る。
する窒素ガスに電子シャワーを照射して活性化する方法
が行われている［Ｊａｐ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ
ｉ．，２０，Ｌ５４５（１９８１）］が、この方法によ
っても発光にいたる良質の膜質は得られていない。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試みられている。活性の高い窒
素を得るためにプラズマを利用する方法が行われている
［Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，Ａ７ Ｐ．
７０１（１９８９）］が成功していないのが現状であ
る。
【０００５】このため、良質の窒化ガリウム系半導体積
層薄膜を得ることは困難であった。
層薄膜を得ることは困難であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、この問題点
を解決して良好な特性を有する半導体積層構造およびそ
の製造方法を提供しようとするものである。
を解決して良好な特性を有する半導体積層構造およびそ
の製造方法を提供しようとするものである。
【０００７】
【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、特定の基板上に
窒化ガリウム系半導体薄膜を設けることにより優れた特
性の半導体素子を得ることができるようになったもので
ある。すなわち、本発明はオフ角０．８度以下のサファ
イアＲ面基板上に窒化ガリウム系半導体薄膜が積層され
てなることを特徴とする窒化ガリウム系半導体積層薄
膜、およびＣＢＥ法（ケミカル ビーム エピタキシー
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、オフ角０．８度以下のサファ
イアＲ面基板上に窒素を含有するガス状化合物とＩＩＩ
族元素を供給することにより、該基板上に窒化ガリウム
系半導体薄膜を形成することを特徴とする半導体積層薄
膜の製造方法である。
を解決するため鋭意研究を重ねた結果、特定の基板上に
窒化ガリウム系半導体薄膜を設けることにより優れた特
性の半導体素子を得ることができるようになったもので
ある。すなわち、本発明はオフ角０．８度以下のサファ
イアＲ面基板上に窒化ガリウム系半導体薄膜が積層され
てなることを特徴とする窒化ガリウム系半導体積層薄
膜、およびＣＢＥ法（ケミカル ビーム エピタキシー
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、オフ角０．８度以下のサファ
イアＲ面基板上に窒素を含有するガス状化合物とＩＩＩ
族元素を供給することにより、該基板上に窒化ガリウム
系半導体薄膜を形成することを特徴とする半導体積層薄
膜の製造方法である。
【０００８】以下、本発明についてさらに詳細に説明す
る。本発明におけるオフ角０．８度以下のサファイアＲ
面とは、単結晶サファイア（αーＡｌ2 Ｏ3 ）において
［１、−１、０、２］面（Ｒ面）がプラスマイナス０．
８度以下の精度で基板面となっている研磨表面のことで
ある。このオフ角はＣｕ−Ｋα線を用いるＸ線回折法に
よるＸ線ロッキングカーブから測定することができる。
オフ角が０．８度より大きくなると平坦な表面を有する
単結晶窒化ガリウム系半導体薄膜が得られなくなり、結
晶性自体も悪くなってしまう。したがって、オフ角は
０．８度以下であることが必要であり、好ましくは０．
５度以下さらに好ましくは０．３度以下である。さら
に、ＲＨＥＥＤ（反射高速電子線回折装置）によりスト
リークパターンが観測できる基板表面であることが好ま
しいものである。
る。本発明におけるオフ角０．８度以下のサファイアＲ
面とは、単結晶サファイア（αーＡｌ2 Ｏ3 ）において
［１、−１、０、２］面（Ｒ面）がプラスマイナス０．
８度以下の精度で基板面となっている研磨表面のことで
ある。このオフ角はＣｕ−Ｋα線を用いるＸ線回折法に
よるＸ線ロッキングカーブから測定することができる。
オフ角が０．８度より大きくなると平坦な表面を有する
単結晶窒化ガリウム系半導体薄膜が得られなくなり、結
晶性自体も悪くなってしまう。したがって、オフ角は
０．８度以下であることが必要であり、好ましくは０．
５度以下さらに好ましくは０．３度以下である。さら
に、ＲＨＥＥＤ（反射高速電子線回折装置）によりスト
リークパターンが観測できる基板表面であることが好ま
しいものである。
【０００９】本発明によれば薄い膜厚で結晶性の良好な
窒化ガリウム系半導体薄膜を得ることができるため、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
ができる等の特長がある。窒化ガリウム系半導体薄膜全
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。
窒化ガリウム系半導体薄膜を得ることができるため、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
ができる等の特長がある。窒化ガリウム系半導体薄膜全
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。
【００１０】例えば、発光素子として用いる場合には、
本発明における窒化ガリウム系半導体薄膜からなる発光
層としては、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、ｎ／
ｐ、ｎ／ｉ／ｐ、ｎ+ ／ｎ／ｐ、ｎ+ ／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。
本発明における窒化ガリウム系半導体薄膜からなる発光
層としては、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、ｎ／
ｐ、ｎ／ｉ／ｐ、ｎ+ ／ｎ／ｐ、ｎ+ ／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。
【００１１】本発明でいう窒化ガリウム系半導体薄膜と
は、ＧａＮ単体、またはＧａＮを主としてその他にＡ
ｌ、ＢもしくはＩｎから選ばれる少なくとも一種のＩＩ
Ｉ族元素の窒化物からなる混晶化合物である。また、こ
れら化合物にＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃｄ等を不純物として
少量添加したものをも含む。窒化ガリウム系半導体層の
２層からなる発光層を用いた構造の例としては、図８に
示すｎ−ＧａＮ／ｉ−ＧａＮや図１１に示すｎ−Ｇａ
1-X ＩｎX Ｎ／ｐ−Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎの他に、ｎ−Ｇａ
1-x Ａｌx Ｎ／ｐ−Ｇａ1-y Ａｌy Ｎ、ｎ−ＧａＮ／ｐ
−ＧａＮ、ｎ−ＧａＮ／ｐ−ＧａＮ、ｎ−Ｇａ1-x Ｉｎ
x Ｎ／ｐ−Ｇａ 1-x Ｉｎx Ｎ、ｎ−Ｇａ1-x Ａｌx Ｎ／
ｐ−Ｇａ1-x ＡｌxＮのような構造がある。
は、ＧａＮ単体、またはＧａＮを主としてその他にＡ
ｌ、ＢもしくはＩｎから選ばれる少なくとも一種のＩＩ
Ｉ族元素の窒化物からなる混晶化合物である。また、こ
れら化合物にＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃｄ等を不純物として
少量添加したものをも含む。窒化ガリウム系半導体層の
２層からなる発光層を用いた構造の例としては、図８に
示すｎ−ＧａＮ／ｉ−ＧａＮや図１１に示すｎ−Ｇａ
1-X ＩｎX Ｎ／ｐ−Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎの他に、ｎ−Ｇａ
1-x Ａｌx Ｎ／ｐ−Ｇａ1-y Ａｌy Ｎ、ｎ−ＧａＮ／ｐ
−ＧａＮ、ｎ−ＧａＮ／ｐ−ＧａＮ、ｎ−Ｇａ1-x Ｉｎ
x Ｎ／ｐ−Ｇａ 1-x Ｉｎx Ｎ、ｎ−Ｇａ1-x Ａｌx Ｎ／
ｐ−Ｇａ1-x ＡｌxＮのような構造がある。
【００１２】窒化ガリウム系半導体層の３層以上からな
る発光層の構造の例としては、図１２に示すｎ−ＧａＮ
／ｎ−Ｇａ1-x ＩｎX Ｎ／ｐ−Ｇａ1-y Ｉｎy Ｎ（ｘ≧
ｙ）、図１３に示すｎ−ＧａＮ／ｐ−ＧａＮ／ｎ−Ｇａ
1-x Ｉｎx Ｎ／ｐ−Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎや図１４に示すｎ
−Ｇａ1-X ＩｎX Ｎ／ｎ−Ｇａ1-y Ｉｎy Ｎ／ｐ−Ｇａ
1-x Ｉｎx Ｎ（ｘ≧ｙ）、の他にｎ−Ａｌ1-x Ｇａx Ｎ
／ｎ−Ａｌ1-y Ｇａy Ｎ／ｐ−Ａｌ1-x Ｇａx Ｎ（ｘ≧
ｙ）、ｎ−Ｇａ1-a Ｉｎa Ｎ／ｐ−Ｇａ1-b Ｉｎb Ｎ／
ｎ−Ａｌ1-x Ｇａx Ｎ／ｎ−Ａｌ1-y ＧａyＮ／ｐ−Ａ
ｌ1-x Ｇａx Ｎ（ｘ≧ｙ、ａ≧ｂ）、ｎ−ＧａＮ／ｎ−
Ａｌ1-y Ｇａy Ｎ／ｐ−Ａｌ1-xＧａx Ｎ（ｘ≧ｙ）、
ｎ−ＧａＮ／ｎ−Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎ／ｐ−Ｇａ1-x Ｉｎ
x Ｎなどがある。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。
る発光層の構造の例としては、図１２に示すｎ−ＧａＮ
／ｎ−Ｇａ1-x ＩｎX Ｎ／ｐ−Ｇａ1-y Ｉｎy Ｎ（ｘ≧
ｙ）、図１３に示すｎ−ＧａＮ／ｐ−ＧａＮ／ｎ−Ｇａ
1-x Ｉｎx Ｎ／ｐ−Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎや図１４に示すｎ
−Ｇａ1-X ＩｎX Ｎ／ｎ−Ｇａ1-y Ｉｎy Ｎ／ｐ−Ｇａ
1-x Ｉｎx Ｎ（ｘ≧ｙ）、の他にｎ−Ａｌ1-x Ｇａx Ｎ
／ｎ−Ａｌ1-y Ｇａy Ｎ／ｐ−Ａｌ1-x Ｇａx Ｎ（ｘ≧
ｙ）、ｎ−Ｇａ1-a Ｉｎa Ｎ／ｐ−Ｇａ1-b Ｉｎb Ｎ／
ｎ−Ａｌ1-x Ｇａx Ｎ／ｎ−Ａｌ1-y ＧａyＮ／ｐ−Ａ
ｌ1-x Ｇａx Ｎ（ｘ≧ｙ、ａ≧ｂ）、ｎ−ＧａＮ／ｎ−
Ａｌ1-y Ｇａy Ｎ／ｐ−Ａｌ1-xＧａx Ｎ（ｘ≧ｙ）、
ｎ−ＧａＮ／ｎ−Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎ／ｐ−Ｇａ1-x Ｉｎ
x Ｎなどがある。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。
【００１３】つぎに本発明の窒化ガリウム半導体積層構
造の製造方法について説明する。本発明においては、薄
膜製造方法として一般的に用いられているＭＢＥ法、Ｃ
ＢＥ法、ＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッ
タリング法等を用いることができる。このなかでも、原
子層レベルで膜成長を制御できるＭＢＥ法やＣＢＥ法が
好ましく、さらにガスソースを用いることができるとい
うことでＣＢＥ法がさらに好ましいものである。
造の製造方法について説明する。本発明においては、薄
膜製造方法として一般的に用いられているＭＢＥ法、Ｃ
ＢＥ法、ＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッ
タリング法等を用いることができる。このなかでも、原
子層レベルで膜成長を制御できるＭＢＥ法やＣＢＥ法が
好ましく、さらにガスソースを用いることができるとい
うことでＣＢＥ法がさらに好ましいものである。
【００１４】本発明の製造法はＣＢＥ法においては、窒
素を含有するガス状化合物を供給するガスソースと、Ｉ
ＩＩ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、オフ角０．８度以下のサファイアＲ面基板上に
窒素を含有するガス状化合物とＩＩＩ族元素を供給する
ことにより、該基板上に窒化ガリウム系半導体層を形成
することを特徴とする半導体発光素子の製造方法であ
る。
素を含有するガス状化合物を供給するガスソースと、Ｉ
ＩＩ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、オフ角０．８度以下のサファイアＲ面基板上に
窒素を含有するガス状化合物とＩＩＩ族元素を供給する
ことにより、該基板上に窒化ガリウム系半導体層を形成
することを特徴とする半導体発光素子の製造方法であ
る。
【００１５】ここで、ガス状化合物とは基板上に所望の
化合物半導体薄膜の結晶を成長させるために該薄膜の構
成元素を含み基板上に供給されるものを言う。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。
化合物半導体薄膜の結晶を成長させるために該薄膜の構
成元素を含み基板上に供給されるものを言う。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。
【００１６】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。
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。
【００１７】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。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。
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。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。
【００１８】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ことが好ましい。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倍以上が好ましく、さらに好ましくは１
００倍以上、特に好ましくは１０００倍以上にすること
である。
ースより大きくすることが好ましい。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倍以上が好ましく、さらに好ましくは１
００倍以上、特に好ましくは１０００倍以上にすること
である。
【００１９】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、Ｂ、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、Ｂ、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。
【００２０】本発明におけるＣＢＥ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。
【００２１】以下、一例としてアンモニアを用いるＣＢ
Ｅ法による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１に示すような真空容器１内に、蒸発用ルツボ
（クヌードセンセル）２、３および４、ガスセル５、基
板加熱ホルダー６を備えた結晶成長装置を使用した。
Ｅ法による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１に示すような真空容器１内に、蒸発用ルツボ
（クヌードセンセル）２、３および４、ガスセル５、基
板加熱ホルダー６を備えた結晶成長装置を使用した。
【００２２】蒸発用ルツボ２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５を用い、
基板７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３にはＩｎ、Ａｌ、Ａｓ、Ｓｂ
等を入れ、所定の組成の混晶系の化合物半導体になるよ
うに温度および時間を制御して成膜を行なう。蒸発用ル
ツボ４にはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｓｂ、Ｓ
ｉ、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こと
によりドーピングを行なう。
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５を用い、
基板７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３にはＩｎ、Ａｌ、Ａｓ、Ｓｂ
等を入れ、所定の組成の混晶系の化合物半導体になるよ
うに温度および時間を制御して成膜を行なう。蒸発用ル
ツボ４にはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｓｂ、Ｓ
ｉ、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こと
によりドーピングを行なう。
【００２３】基板７には、オフ角が０．８度以下のサフ
ァイアＲ面を用い、２００〜９００℃に加熱した。ま
ず、基板７を真空容器１内で９００℃で加熱した後、所
定の成長温度に設定し０．１〜１０オングストローム／
ｓｅｃの成長速度で０．０５〜２μｍの厚みの窒化ガリ
ウム系半導体層を作製した。続いて、該単結晶窒化ガリ
ウム系半導体層の上にＧａのシャッターと同時にＭｇの
シャッターを開けて、１００〜１００００オングストロ
ームの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。
ァイアＲ面を用い、２００〜９００℃に加熱した。ま
ず、基板７を真空容器１内で９００℃で加熱した後、所
定の成長温度に設定し０．１〜１０オングストローム／
ｓｅｃの成長速度で０．０５〜２μｍの厚みの窒化ガリ
ウム系半導体層を作製した。続いて、該単結晶窒化ガリ
ウム系半導体層の上にＧａのシャッターと同時にＭｇの
シャッターを開けて、１００〜１００００オングストロ
ームの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。
【００２４】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やＩｎ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やＩｎ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。
【００２５】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
を行った。この素子の電極に２０Ｖの電圧を印加して１
５ｍＡの電流を注入することにより、２５ｍｃｄの青色
発光が観測された。
等で切断し、ワイヤーボンダーにより金線を用いて配線
を行った。この素子の電極に２０Ｖの電圧を印加して１
５ｍＡの電流を注入することにより、２５ｍｃｄの青色
発光が観測された。
【００２６】
【実施例】以下、実施例によりさらに詳細に説明する。
【００２７】
【実施例 １】アンモニアを用いたＣＢＥ法により、窒
化ガリウム半導体薄膜を作製した例について説明する。
図１に示すような真空容器１内に、蒸発用ルツボ２、３
および４、ガスセル５、および基板加熱ホルダー６を備
えた結晶成長装置を用いた。
化ガリウム半導体薄膜を作製した例について説明する。
図１に示すような真空容器１内に、蒸発用ルツボ２、３
および４、ガスセル５、および基板加熱ホルダー６を備
えた結晶成長装置を用いた。
【００２８】蒸発用ルツボ２にはＧａ金属を入れて１０
２０℃に加熱した。ガスとしてはアンモニアを使用し、
直接に基板７に吹き付けるようにして５ｃｃ／ｍｉｎの
速度で供給した。基板７としては、オフ角が０．５度の
サファイアＲ面を使用した。真空容器内の圧力は、成膜
時において１×１０-6Ｔｏｒｒであった。
２０℃に加熱した。ガスとしてはアンモニアを使用し、
直接に基板７に吹き付けるようにして５ｃｃ／ｍｉｎの
速度で供給した。基板７としては、オフ角が０．５度の
サファイアＲ面を使用した。真空容器内の圧力は、成膜
時において１×１０-6Ｔｏｒｒであった。
【００２９】まず、基板６を８００℃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５から供給しな
がらＧａ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７０００オン
グストロームの窒化ガリウム半導体薄膜を作製した。こ
の膜の表面をＳＥＭ観察したところ、図２に示すように
きわめて平坦な表面モフォロジーを有していることがわ
かった。また、ＲＨＥＥＤを用いて、この膜の表面を観
察したところ、図３に示すようにストリーク状のパター
ンであることがわかり、結晶性も優れていることがわか
った。さらに、この膜のカソードルミネッセンス（Ｃ
Ｌ）スペクトルを電子ビーム加速電圧６ｋＶ、試料温度
７７Ｋで測定したところ、フォトンエネルギー約３．５
ｅＶの鋭い発光を観測した。
膜を行う。成膜はアンモニアをガスセル５から供給しな
がらＧａ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７０００オン
グストロームの窒化ガリウム半導体薄膜を作製した。こ
の膜の表面をＳＥＭ観察したところ、図２に示すように
きわめて平坦な表面モフォロジーを有していることがわ
かった。また、ＲＨＥＥＤを用いて、この膜の表面を観
察したところ、図３に示すようにストリーク状のパター
ンであることがわかり、結晶性も優れていることがわか
った。さらに、この膜のカソードルミネッセンス（Ｃ
Ｌ）スペクトルを電子ビーム加速電圧６ｋＶ、試料温度
７７Ｋで測定したところ、フォトンエネルギー約３．５
ｅＶの鋭い発光を観測した。
【００３０】
【比較例 １】実施例１において、オフ角が１．０度の
サファイアＲ面基板を使用する以外は同様の方法を用い
て、窒化ガリウム半導体薄膜を作製した。この薄膜の表
面をＳＥＭ観察したところ、図４に示すように多数のピ
ットが存在する表面モフォロジーを示し、平坦性が悪い
ことがわかった。また、この膜のＣＬスペクトルを電子
ビーム加速電圧６ｋＶ、試料温度７７Ｋで測定したとこ
ろ、フォトンエネルギー約３．５ｅＶの発光を観測した
が半値幅が実施例１にくらべて２．５倍であった。
サファイアＲ面基板を使用する以外は同様の方法を用い
て、窒化ガリウム半導体薄膜を作製した。この薄膜の表
面をＳＥＭ観察したところ、図４に示すように多数のピ
ットが存在する表面モフォロジーを示し、平坦性が悪い
ことがわかった。また、この膜のＣＬスペクトルを電子
ビーム加速電圧６ｋＶ、試料温度７７Ｋで測定したとこ
ろ、フォトンエネルギー約３．５ｅＶの発光を観測した
が半値幅が実施例１にくらべて２．５倍であった。
【００３１】
【実施例２、３、４】実施例１において、オフ角が０．
１度、０．３度、０．８度のサファイアＲ面基板を使用
する以外は同様の方法を用いて、窒化ガリウム半導体薄
膜を作製した。実施例１〜４および比較例１について、
Ｘ線回折によるＧａＮ［１、１、−２、０］ピークの半
値幅から結晶性を、ＳＥＭ像（図５、６、７）から平坦
性を判断した。この結果を表１にまとめたが、基板のオ
フ角が小さい方が結晶性が向上し、平坦性も良くなって
いることがわかる。
１度、０．３度、０．８度のサファイアＲ面基板を使用
する以外は同様の方法を用いて、窒化ガリウム半導体薄
膜を作製した。実施例１〜４および比較例１について、
Ｘ線回折によるＧａＮ［１、１、−２、０］ピークの半
値幅から結晶性を、ＳＥＭ像（図５、６、７）から平坦
性を判断した。この結果を表１にまとめたが、基板のオ
フ角が小さい方が結晶性が向上し、平坦性も良くなって
いることがわかる。
【００３２】
【表１】
【００３３】
【実施例 ５】アンモニアを用いたＣＢＥ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１に示すような真空容器１内に、蒸発用ルツボ
２、３および４、ガスセル５、および基板加熱ホルダー
６を備えた結晶成長装置を用いた。
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１に示すような真空容器１内に、蒸発用ルツボ
２、３および４、ガスセル５、および基板加熱ホルダー
６を備えた結晶成長装置を用いた。
【００３４】蒸発用ルツボ２にはＧａ金属を入れて１０
２０℃に加熱し、蒸発用ルツボ３にはＩｎ金属入れて６
６０℃に加熱し、蒸発用ルツボ４にはＭｇ金属を入れて
２８０℃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５を使用し、３７０℃に加熱してガスを直接
に基板７に吹き付けるようにして５ｃｃ／ｍｉｎの速度
で供給した。
２０℃に加熱し、蒸発用ルツボ３にはＩｎ金属入れて６
６０℃に加熱し、蒸発用ルツボ４にはＭｇ金属を入れて
２８０℃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５を使用し、３７０℃に加熱してガスを直接
に基板７に吹き付けるようにして５ｃｃ／ｍｉｎの速度
で供給した。
【００３５】基板７としては、オフ角が０．５度のサフ
ァイアＲ面を使用する。真空容器内の圧力は、成膜時に
おいて１×１０-6Ｔｏｒｒであった。まず、基板６を９
００℃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５から供給
しながらＧａ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５０００オン
グストロームの窒化ガリウム系半導体層を作製し、さら
にその上にＧａのシャッターと同時にＭｇのシャッター
を開けて、６００オングストロームのＭｇをドーピング
したｉ型窒化ガリウム系半導体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。
ァイアＲ面を使用する。真空容器内の圧力は、成膜時に
おいて１×１０-6Ｔｏｒｒであった。まず、基板６を９
００℃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５から供給
しながらＧａ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５０００オン
グストロームの窒化ガリウム系半導体層を作製し、さら
にその上にＧａのシャッターと同時にＭｇのシャッター
を開けて、６００オングストロームのＭｇをドーピング
したｉ型窒化ガリウム系半導体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。
【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、図８に示すような構
造の発光素子を作製した。
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、図８に示すような構
造の発光素子を作製した。
【００３７】この方法で得られた素子をダイシングソー
で切断し、ワイヤーボンダーにより金線を用いて配線を
行った。この素子の電極に２０Ｖの電圧を印加して１５
ｍＡの電流を注入すると、２５ｍｃｄの青色発光が観測
された。
で切断し、ワイヤーボンダーにより金線を用いて配線を
行った。この素子の電極に２０Ｖの電圧を印加して１５
ｍＡの電流を注入すると、２５ｍｃｄの青色発光が観測
された。
【００３８】
【実施例 ６】アンモニアを用いたＣＢＥ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１に示すような真空容器１内に、蒸発用ルツボ
２、３および４、ガスセル５、および基板加熱ホルダー
６を備えた結晶成長装置を用いた。
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１に示すような真空容器１内に、蒸発用ルツボ
２、３および４、ガスセル５、および基板加熱ホルダー
６を備えた結晶成長装置を用いた。
【００３９】蒸発用ルツボ２にはＧａ金属を入れて１０
２０℃に加熱し、蒸発用ルツボ３にはＩｎ金属入れて６
６０℃に加熱し、蒸発用ルツボ４にはＭｇ金属を入れて
２８０℃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５を使用し、３７０℃に加熱してガスを直接
に基板７に吹き付けるようにして５ｃｃ／ｍｉｎの速度
で供給した。
２０℃に加熱し、蒸発用ルツボ３にはＩｎ金属入れて６
６０℃に加熱し、蒸発用ルツボ４にはＭｇ金属を入れて
２８０℃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５を使用し、３７０℃に加熱してガスを直接
に基板７に吹き付けるようにして５ｃｃ／ｍｉｎの速度
で供給した。
【００４０】基板７としては、オフ角が０．５度のサフ
ァイアＲ面を使用する。真空容器内の圧力は、成膜時に
おいて１×１０-6Ｔｏｒｒであった。まず、基板６を９
００℃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５から供給
しながら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
が５０００オングストロームのＧａ1-x Ｉｎx Ｎ（ｘ＝
０．１２）の組成を有する窒化ガリウム系半導体層を作
製し、さらにその上にＧａのシャッターと同時にＭｇの
シャッターを開けて、６００オングストロームのＭｇを
ドーピングしたＧａ1-x Ｉｎx Ｎ（ｘ＝０．１２）の組
成のｐ型窒化ガリウム系半導体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。
ァイアＲ面を使用する。真空容器内の圧力は、成膜時に
おいて１×１０-6Ｔｏｒｒであった。まず、基板６を９
００℃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５から供給
しながら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
が５０００オングストロームのＧａ1-x Ｉｎx Ｎ（ｘ＝
０．１２）の組成を有する窒化ガリウム系半導体層を作
製し、さらにその上にＧａのシャッターと同時にＭｇの
シャッターを開けて、６００オングストロームのＭｇを
ドーピングしたＧａ1-x Ｉｎx Ｎ（ｘ＝０．１２）の組
成のｐ型窒化ガリウム系半導体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。
【００４１】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、図９に示すような構
造の発光素子を作製した。
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、図９に示すような構
造の発光素子を作製した。
【００４２】この方法で得られた素子をダイシングソー
で切断し、ワイヤーボンダーにより金線を用いて配線を
行った。この素子の電極に２０Ｖの電圧を印加して１２
ｍＡの電流を注入すると、１２ｍｃｄの緑色発光が観測
された。
で切断し、ワイヤーボンダーにより金線を用いて配線を
行った。この素子の電極に２０Ｖの電圧を印加して１２
ｍＡの電流を注入すると、１２ｍｃｄの緑色発光が観測
された。
【００４３】
【実施例 ７】アンモニアを用いたＣＢＥ法により、窒
化ガリウム系半導体受光素子を作製した例について説明
する。図１に示すような真空容器１内に、蒸発用ルツボ
２、３および４、ガスセル５、および基板加熱ホルダー
６を備えた結晶成長装置を用いた。
化ガリウム系半導体受光素子を作製した例について説明
する。図１に示すような真空容器１内に、蒸発用ルツボ
２、３および４、ガスセル５、および基板加熱ホルダー
６を備えた結晶成長装置を用いた。
【００４４】蒸発用ルツボ２にはＧａ金属を入れ、１０
２０℃に加熱し、蒸発用ルツボ４にはＭｇを入れて２８
０℃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５を使用し、３７０℃に加熱してガスを直接に基板
７に吹き付けるようにして５ｃｃ／ｍｉｎの速度で供給
した。
２０℃に加熱し、蒸発用ルツボ４にはＭｇを入れて２８
０℃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５を使用し、３７０℃に加熱してガスを直接に基板
７に吹き付けるようにして５ｃｃ／ｍｉｎの速度で供給
した。
【００４５】基板７としては、オフ角が０．５度のサフ
ァイアＲ面を使用する。真空容器内の圧力は、成膜時に
おいて１×１０-6Ｔｏｒｒであった。まず、基板７を９
００℃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５から供給
しながらＧａのルツボのシャッターを開けて行い、Ｇａ
のビーム強度を５．５１×１０14／ｃｍ3 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．
５μｍのｎ型窒化ガリウム半導体薄膜を作製する。続い
て、ＧａとＭｇのルツボのシャッターを同時に開けて、
０．５μｍの厚みのＭｇドーピングされたｉ型窒化ガリ
ウム半導体層を形成する。さらに、Ｍｇのルツボの温度
を３５０℃に上げて、０．３μｍの厚みのＭｇをドーピ
ングしたｐ型窒化ガリウム半導体層を積層することによ
って窒化ガリウム系半導体積層構造を作製した。
ァイアＲ面を使用する。真空容器内の圧力は、成膜時に
おいて１×１０-6Ｔｏｒｒであった。まず、基板７を９
００℃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５から供給
しながらＧａのルツボのシャッターを開けて行い、Ｇａ
のビーム強度を５．５１×１０14／ｃｍ3 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．
５μｍのｎ型窒化ガリウム半導体薄膜を作製する。続い
て、ＧａとＭｇのルツボのシャッターを同時に開けて、
０．５μｍの厚みのＭｇドーピングされたｉ型窒化ガリ
ウム半導体層を形成する。さらに、Ｍｇのルツボの温度
を３５０℃に上げて、０．３μｍの厚みのＭｇをドーピ
ングしたｐ型窒化ガリウム半導体層を積層することによ
って窒化ガリウム系半導体積層構造を作製した。
【００４６】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、電流を取り出すための電極を設
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った。ついで、Ａｌ電極を
真空蒸着法によって形成し、図１０に示すような構造の
受光素子を作製した。
セスを行うことにより、電流を取り出すための電極を設
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った。ついで、Ａｌ電極を
真空蒸着法によって形成し、図１０に示すような構造の
受光素子を作製した。
【００４７】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ｐｉｎ型フォトダイオードの素子構造
で、１００Ｗ／ｍ2 の放射照度をもつ３６０ｎｍの波長
の光を照射し、該素子に逆バイアス電圧を２０Ｖ印加し
たところ、光電流として４ｍＡの出力が得られた。
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ｐｉｎ型フォトダイオードの素子構造
で、１００Ｗ／ｍ2 の放射照度をもつ３６０ｎｍの波長
の光を照射し、該素子に逆バイアス電圧を２０Ｖ印加し
たところ、光電流として４ｍＡの出力が得られた。
【００４８】
【発明の効果】本発明による窒化ガリウム系半導体積層
薄膜は、サファイアＲ面基板上に１μｍ以下という窒化
ガリウム系半導体の膜厚において、表面の平坦性がよ
く、かつ結晶性も良好である。そのため、青色発光素子
や受光素子あるいは高温で動作するトランジスタ用の半
導体薄膜として用いることができる。
薄膜は、サファイアＲ面基板上に１μｍ以下という窒化
ガリウム系半導体の膜厚において、表面の平坦性がよ
く、かつ結晶性も良好である。そのため、青色発光素子
や受光素子あるいは高温で動作するトランジスタ用の半
導体薄膜として用いることができる。
【図１】本発明の薄膜作製に用いた結晶装置の概略図で
ある。
ある。
【図２】実施例１で作製した窒化ガリウム半導体薄膜の
ＳＥＭ像である。
ＳＥＭ像である。
【図３】実施例１で作製した窒化ガリウム半導体薄膜の
ＲＨＥＥＤ像である。
ＲＨＥＥＤ像である。
【図４】比較例１で作製した窒化ガリウム半導体薄膜の
ＳＥＭ像である。
ＳＥＭ像である。
【図５】実施例２で作製した窒化ガリウム半導体薄膜の
ＳＥＭ像である。
ＳＥＭ像である。
【図６】実施例３で作製した窒化ガリウム半導体薄膜の
ＳＥＭ像である。
ＳＥＭ像である。
【図７】実施例４で作製した窒化ガリウム半導体薄膜の
ＳＥＭ像である。
ＳＥＭ像である。
【図８】実施例５で作製した窒化ガリウム半導体発光素
子の断面構造を示す図である。
子の断面構造を示す図である。
【図９】実施例６で作製した窒化ガリウム系半導体発光
素子の断面構造を示す図である。
素子の断面構造を示す図である。
【図１０】実施例７で作製した窒化ガリウム半導体受光
素子の断面構造を示す図である。
素子の断面構造を示す図である。
【図１１】ｎ−Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎ／ｐ−Ｇａ1-yＩｎy
Ｎ系発光素子の断面構造を示す図である。
Ｎ系発光素子の断面構造を示す図である。
【図１２】ｎ−ＧａＮ／ｎ−Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎ／ｐ−Ｇ
ａ1-y Ｉｎy Ｎ（ｘ≧ｙ）系発光素子の断面構造を示す
図である。
ａ1-y Ｉｎy Ｎ（ｘ≧ｙ）系発光素子の断面構造を示す
図である。
【図１３】ｎ−ＧａＮ／ｐ−ＧａＮ／ｎ−Ｇａ1-x Ｉｎ
x Ｎ／ｐ−Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎ系発光素子の断面構造を示
す図である。
x Ｎ／ｐ−Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎ系発光素子の断面構造を示
す図である。
【図１４】ｎ−Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎ／ｎ−Ｇａ1-y Ｉｎy
Ｎ／ｐ−Ｇａ1-X Ｉｎx Ｎ（ｘ≧ｙ）系発光素子の断面
構造を示す図である。
Ｎ／ｐ−Ｇａ1-X Ｉｎx Ｎ（ｘ≧ｙ）系発光素子の断面
構造を示す図である。
１ 真空容器 ２ 蒸発用ルツボ ３ 蒸発用ルツボ ４ 蒸発用ルツボ ５ ガスセル ６ 基板加熱ホルダー ７ 基板 ８ クライオパネル ９ バルブ １０ コールドトラップ １１ 油拡散ポンプ １２ 油回転ポンプ １３ シャッター １４ シャッター １５ シャッター １６ サファイアＲ面基板 １７ ｎ−ＧａＮ層 １８ ｉ−ＧａＮ層 １９ Ａｌ電極 ２０ ｎ−Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎ層 ２１ ｐ−Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎ層 ２２ ｐ−ＧａＮ層 ２３ ｐ−Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎ層 ２４ ｐ−Ｇａ1-y Ｉｎy Ｎ層（ｘ≧ｙ） ２５ ｎ−Ｇａ1-y Ｉｎy Ｎ層（ｘ≧ｙ）
Claims (2)
- 【請求項１】 オフ角０．８度以下のサファイアＲ面基
板上に窒化ガリウム系半導体薄膜が積層されてなること
を特徴とする窒化ガリウム系半導体積層薄膜。 - 【請求項２】 ケミカル ビーム エピタキシー法にお
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、オフ角０．８度以下のサファイアＲ面
基板上に窒素を含有するガス状化合物とＩＩＩ族元素を
供給することにより、上記基板上に窒化ガリウム系半導
体薄膜を形成することを特徴とする半導体積層薄膜の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2092392A JPH0555631A (ja) | 1991-02-08 | 1992-02-06 | 半導体積層薄膜およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1752091 | 1991-02-08 | ||
| JP3-17520 | 1991-02-08 | ||
| JP2092392A JPH0555631A (ja) | 1991-02-08 | 1992-02-06 | 半導体積層薄膜およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0555631A true JPH0555631A (ja) | 1993-03-05 |
Family
ID=26354058
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2092392A Withdrawn JPH0555631A (ja) | 1991-02-08 | 1992-02-06 | 半導体積層薄膜およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0555631A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US5693963A (en) * | 1994-09-19 | 1997-12-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Compound semiconductor device with nitride |
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| WO1998047170A1 (en) * | 1997-04-11 | 1998-10-22 | Nichia Chemical Industries, Ltd. | Method of growing nitride semiconductors, nitride semiconductor substrate and nitride semiconductor device |
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| JP2007261936A (ja) * | 1998-06-26 | 2007-10-11 | Sharp Corp | 窒化物系化合物半導体素子及びその製造方法 |
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-
1992
- 1992-02-06 JP JP2092392A patent/JPH0555631A/ja not_active Withdrawn
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