JPH0629574A - Light-emitting element and its manufacture - Google Patents

Light-emitting element and its manufacture

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JPH0629574A
JPH0629574A JP4824393A JP4824393A JPH0629574A JP H0629574 A JPH0629574 A JP H0629574A JP 4824393 A JP4824393 A JP 4824393A JP 4824393 A JP4824393 A JP 4824393A JP H0629574 A JPH0629574 A JP H0629574A
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JP
Japan
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gallium nitride
based semiconductor
axis
light emitting
thin film
Prior art date
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Withdrawn
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JP4824393A
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Japanese (ja)
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Hiroshi Endo
宏 遠藤
Hiromasa Gotou
広将 後藤
Hideaki Imai
秀秋 今井
Kunio Miyata
邦男 宮田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Asahi Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Publication date
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    • H01L24/01Means 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
    • H01L24/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/44Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L24/45Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
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Abstract

PURPOSE:To obtain a light-emitting layer composed of gallium nitride semiconductor thin-film by providing a light-emitting layer composed of at least one single-crystal gallium nitride semiconductor on a gallium nitride semiconductor layer oriented in the direction of c-axis and also providing an electrode in a desired part. CONSTITUTION:In a sapphire R-face substrate, the R-face of a single-crystal sapphire is polished with the accuracy of + or -0.8 degree and less. A gallium nitride semiconductor layer oriented in the direction of c-axis is a gallium nitride semiconductor containing a group III element such as Ga simple substance. Many doping 12n-type carriers are generated in the gallium nitride semiconductor layer oriented in the direction of c-axis so that a resistance is made small. The c-axis oriented gallium nitride semiconductor layer reduces the miss-match of the lattice constant of the sapphire R-face substrate and gallium nitride and further forms a lattice-matching face for the single-crystal gallium nitride semiconductor thin-film to grow. Thus, it is possible to obtain a blue light- emitting element.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、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
オードおよびレーザーダーオード等に用いることができ
る半導体発光素子に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor light emitting device which can be used for an ultraviolet to blue light emitting diode and a laser diode which are most suitable for a light source for displays, optical communication and OA equipment.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art Semiconductor devices are used as display devices and various light sources in a wide variety of fields. But in the ultraviolet region ~
Blue light emitting diodes have not been put into practical use, and development is urgently needed especially for displays that require three primary colors. Although a laser diode is expected as a light source for an optical disc or a compact disc because it can increase the recording density 10 times or more, it has not been put into practical use yet. Ultraviolet to blue light emitting diodes and laser diodes include GaN, ZnSe, ZnS
It is considered to use a compound semiconductor such as SiC or SiC.

【0003】しかし、一般的にこれらの広いバンドギャ
ップを有する化合物半導体薄膜の作製は難しく、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
[ジャーナル オブ アプライド フィジクス(Jou
rnal of Applied Physics)5
6(1984)2367−2368]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。
However, it is generally difficult to produce a compound semiconductor thin film having such a wide band gap, and a method for producing a thin film that can be used for a light emitting device has not yet been established. For example, gallium nitride (GaN), which is regarded as a promising blue light emitting element, has been deposited on the sapphire C surface by the MOCVD method or the VPE method [Journal of Applied Physics].
rnal of Applied Physics) 5
6 (1984) 2367-2368], it was necessary to raise the reaction temperature in order to obtain good crystals, and the production was extremely difficult. Further, since the growth is carried out at a high temperature, nitrogen becomes insufficient and becomes a defect, and the carrier density becomes extremely high, so that good semiconductor characteristics have not been obtained yet. Therefore, in order to overcome this, a buffer layer of aluminum nitride is provided on the sapphire C surface, and a GaN thin film having a relatively large film thickness is formed thereon to manufacture a semiconductor light emitting device.

【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[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.Phy
s.)、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
[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.Techno
l.)、A7、701(1989)]が成功していない
のが現状である。
Further, in an attempt to realize low temperature film formation, a method of irradiating a supplied nitrogen gas with an electron shower to activate it has been carried out [Japanese Journal of Applied Physics (Japan, J. Appl. Phy.
s. ), 20, L545 (1981)], but even with this method, a good film quality leading to light emission has not been obtained. Further, it has been attempted to form a film by using a highly active nitrogen source so as not to cause a shortage of nitrogen. Plasma is used to obtain highly active nitrogen [Journal of Vacuum Science and Technology (J. Vac. Sci.
l. ), A7, 701 (1989)] has not been successful.

【0005】本発明者らは、サファイアR面上に窒化ガ
リウム系半導体薄膜を成長させる検討を行ってきたが、
まだ発光素子グレード高品質の窒化ガリウム系半導体薄
膜を得ることはできなかった。[応用物理学会第51回
秋季年会発表SZ1000]この様に、発光素子を作製
できる良質の窒化ガリウム系半導体薄膜からなる発光層
を得ることは極めて困難であり、青色発光素子製作にお
ける大きな問題点であった。
The present inventors have studied to grow a gallium nitride based semiconductor thin film on the sapphire R surface.
It has not been possible to obtain a high quality gallium nitride based semiconductor thin film of a light emitting device grade. [The 51st Autumn Meeting of the Japan Society of Applied Physics, SZ1000] As described above, it is extremely difficult to obtain a light emitting layer composed of a high-quality gallium nitride based semiconductor thin film capable of producing a light emitting element, and a big problem in manufacturing a blue light emitting element. Met.

【0006】[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
光素子構造を提供しようとするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is intended to solve this problem and provide a light emitting device structure having good characteristics as a semiconductor light emitting device.

【0007】[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、c軸方向に配向
した窒化ガリウム系半導体層上に少なくとも一つの単結
晶窒化ガリウム系半導体からなる発光層、および所望の
部位に電極を設けることにより優れた特性の半導体発光
素子を得ることができるようになったものである。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that at least one single crystal gallium nitride based semiconductor is formed on the gallium nitride based semiconductor layer oriented in the c-axis direction. A semiconductor light emitting device having excellent characteristics can be obtained by providing a light emitting layer made of and an electrode at a desired portion.

【0008】すなわち、本発明はオフ角0.8度以下の
サファイアR面基板上に直接に形成されたc軸方向に配
向した窒化ガリウム系半導体層を有し、かつn型の単結
晶窒化ガリウム系半導体層と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
の部位に電極を有す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族元素を供給することにより0.1〜30
オングストローム/secの成長速度でc軸に配向した
窒化ガリウム系半導体薄膜を形成する工程、窒素を含有
するガス状化合物とIII族元素を供給することにより
n型の単結晶窒化ガリウム系半導体薄膜を形成する工
程、窒素を含有するガス状化合物、III族元素および
p型ドーパントを供給することによりp型あるいはi型
の単結晶窒化ガリウム系半導体薄膜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。
That is, the present invention has an n-type single crystal gallium nitride having a c-axis oriented gallium nitride-based semiconductor layer formed directly on a sapphire R-plane substrate having an off angle of 0.8 degrees or less. A semiconductor layer and at least one light emitting layer made of a p-type or i-type single crystal gallium nitride semiconductor layer, and an electrode at a desired portion for applying a voltage to the light emitting layer. In the gallium nitride-based semiconductor light emitting device and the MBE method, a crystal growth apparatus having a gas source for supplying a nitrogen-containing gaseous compound and a solid source for supplying a group III element is used, and the sapphire R surface is used as a substrate surface. 0.1 to 30 by supplying a nitrogen-containing gaseous compound and a Group III element
A step of forming a gallium nitride-based semiconductor thin film oriented to the c-axis at a growth rate of angstrom / sec, an n-type single crystal gallium nitride-based semiconductor thin film is formed by supplying a nitrogen-containing gaseous compound and a group III element And a step of forming a p-type or i-type single crystal gallium nitride based semiconductor thin film by supplying a nitrogen-containing gaseous compound, a group III element and a p-type dopant. It is a method of manufacturing an element.

【0009】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
面基板とは、単結晶サファイア(αーAl23)のR面
[1、−1、0、2]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度以上に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
あることが必要である。
The present invention will be described in more detail below. Sapphire R having an off angle of 0.8 degrees or less in the present invention
A plane substrate is a polished surface in which the R plane [1, -1, 0, 2] of single crystal sapphire (α-Al 2 O 3 ) is a substrate surface with an accuracy of ± 0.8 degrees or less. Is. This off-angle can be measured from an X-ray rocking curve by an X-ray diffraction method using Cu-Kα rays. If the off angle is 0.8 degrees or more, a single crystal gallium nitride based semiconductor thin film having a flat surface cannot be obtained. Therefore, the off angle must be 0.8 degrees or less,
It is preferably 0.5 degrees or less, more preferably 0.3 degrees or less. Furthermore, it is necessary that the surface of the substrate allows a streak pattern to be observed by RHEED (reflection high-energy electron diffraction device).

【0010】本発明におけるc軸方向に配向した窒化ガ
リウム系半導体層とは、Ga単体からなる、あるいはG
aを主としてAl、あるいはInから選ばれてなる少な
くとも一種類のIII族元素を含んでなる窒化ガリウム
系半導体である。さらに、本発明においては、c軸方向
に配向した窒化ガリウム系半導体層にドーピングするこ
とによりn型キャリアーを多く生成せしめて、抵抗を小
さくすることも好ましいものとなる。ドーピングする元
素としてはIII−V族化合物半導体に用いる通常のn
型ドーパントを用いることができるが、とくにSi、G
e、C、Sn、S、Se、Te等が好ましいものであ
る。
The gallium nitride based semiconductor layer oriented in the c-axis direction in the present invention is composed of Ga alone or G
a is a gallium nitride-based semiconductor containing at least one type of Group III element mainly selected from Al or In. Further, in the present invention, it is also preferable that the gallium nitride based semiconductor layer oriented in the c-axis direction is doped to generate a large amount of n-type carriers to reduce the resistance. As an element to be doped, a normal n-type compound semiconductor used in III-V compound semiconductors is used.
Type dopants can be used, especially Si, G
Preferred are e, C, Sn, S, Se, Te and the like.

【0011】本発明においては、オフ角0.8度以下の
サファイアR面基板上にc軸配向した窒化ガリウム系半
導体薄膜を形成せしめるが、その膜厚は100〜500
0オングストロームとすることが好ましい。サファイア
R面基板上に形成する窒化ガリウム系薄膜の厚さとして
は、100オングストローム以下ではその上に単結晶窒
化ガリウム系半導体薄膜を作製することができないし、
5000オングストローム以上の膜厚になると窒化ガリ
ウムの3次元成長が起こるため表面平坦性が悪くなると
いう問題点がある。このc軸配向した窒化ガリウム系半
導体層は該サファイアR面基板と窒化ガリウムの格子定
数のミスマッチを緩和して、その上には単結晶窒化ガリ
ウム系半導体薄膜が成長するための格子整合面を形成す
る役割をする。このc軸配向した窒化ガリウム系半導体
層を発光素子の電極として使用する場合に、さらにシー
ト抵抗を低くする方法として該窒化ガリウム系半導体に
n型のヘビードーピングを行うことも好ましいものとな
る。窒化ガリウム系半導体はサファイアR面基板上にG
aN〔1,1,−2,0〕面が基板面に平行な状態でc
軸配向して成長している。このことは電子線をサファイ
アR面基板面に対して1〜2度の角度でしかもサファイ
アc軸のサファイアR面射映軸に垂直な方向から入射し
た場合、窒化ガリウムがc軸方向にそろった構造を示す
ストリークパターンが観察でき、一方、電子線をサファ
イアc軸のサファイアR面射影軸に平行な方向から入射
した場合には、窒化ガリウムのa軸方向が配向せずにゆ
らいでいる構造を示す横に広がったラインパターンにな
ることから確認することができる。
In the present invention, a c-axis oriented gallium nitride based semiconductor thin film is formed on a sapphire R-plane substrate having an off angle of 0.8 degrees or less. The film thickness is 100 to 500.
It is preferably 0 angstrom. If the thickness of the gallium nitride-based thin film formed on the sapphire R-plane substrate is 100 angstroms or less, a single crystal gallium nitride-based semiconductor thin film cannot be formed on it.
When the film thickness is 5000 angstroms or more, three-dimensional growth of gallium nitride occurs, so that there is a problem that surface flatness deteriorates. This c-axis oriented gallium nitride based semiconductor layer alleviates the mismatch of the lattice constants of the sapphire R-plane substrate and gallium nitride, and forms a lattice matching surface on which a single crystal gallium nitride based semiconductor thin film grows. Play a role. When this c-axis oriented gallium nitride based semiconductor layer is used as an electrode of a light emitting element, it is also preferable to perform n-type heavy doping on the gallium nitride based semiconductor as a method for further reducing the sheet resistance. The gallium nitride semiconductor is G on the sapphire R-plane substrate.
aN [1,1, -2,0] plane is parallel to the substrate surface c
It grows in an axial orientation. This means that when an electron beam is incident at an angle of 1 to 2 degrees with respect to the sapphire R plane substrate surface and from a direction perpendicular to the sapphire R plane projection axis of the sapphire c axis, gallium nitride is aligned in the c axis direction. A streak pattern showing the structure can be observed. On the other hand, when an electron beam is incident from a direction parallel to the sapphire R-plane projection axis of the sapphire c-axis, the structure in which the a-axis direction of gallium nitride is not oriented and fluctuates This can be confirmed by the fact that the line pattern spreads horizontally as shown.

【0012】さらに、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、発光素子作製用の薄膜作製時間が短くてすんだ
り、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等の特長がある。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。
Furthermore, according to the present invention, since a gallium nitride based semiconductor thin film having a thin film and good crystallinity can be obtained, the thin film manufacturing time for manufacturing a light emitting device can be shortened and a light emitting device can be manufactured. It has the feature that the dry etching method can be used. The total film thickness of the gallium nitride based semiconductor light emitting device is preferably 3 μm or less, more preferably 2 μm or less,
It is more preferable to set it to 1 μm or less.

【0013】本発明の発光素子における発光層は、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/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。本発明でいう窒化ガリウム系半
導体薄膜とは、Al、GaあるいはInから選ばれた少
なくとも一種類のIII族元素からなり、必要に応じて
混晶を用いることができる。本発明における発光層が結
晶が極めてよいことはRHEEDパターンにおいて、窒
化ガリウムのa軸方向から電子線を入射してもc軸方向
から入射してもストリークパターンとなることから確認
することができる。
The light emitting layer in the light emitting device of the present invention is n
Type, p-type, or i-type single-crystal gallium nitride-based semiconductor, for example, n / i, n / p, n / i / p,
It is also possible to use a single crystal gallium nitride based semiconductor thin film having a structure such as n + / n / p, n + / n / i, n / p / p +, etc. is there. It is also possible to form a quantum well structure made of a single crystal gallium nitride-based semiconductor to enhance the light emission efficiency and control the light emission wavelength. The gallium nitride-based semiconductor thin film in the present invention is composed of at least one kind of group III element selected from Al, Ga or In, and a mixed crystal can be used if necessary. It can be confirmed from the fact that the light emitting layer in the present invention has an extremely good crystal because a streak pattern is formed in the RHEED pattern regardless of whether the electron beam is incident from the a-axis direction of gallium nitride or the c-axis direction.

【0014】本発明において、c軸配向した窒化ガリウ
ム系半導体層(c軸GaN)の上に形成される発光層を
有する発光素子構造の例としては、図3に示すc軸Ga
N/n−GaN/i−GaN、図6に示すc軸GaN/
n−GaN/p−Ga1-xInxN、図7に示すc軸Ga
N/n−GaN/p−GaN、図8に示すc軸GaN/
n−GaN/p−GaN/n−Ga1-xInxN/p−G
1-xInxN、図9に示すc軸Ga1-xInxN/n−G
1-xInxN/p−Ga1-yInyN(x≧y)、図10
に示すc軸Ga1-xInxN/n−Ga1-xInxN/p−
Ga1-yInyN/p−Ga1-xInxN(x≦y)のよう
な構造の他に、c軸Ga1-xInxN/n−Ga1-xInx
N/n−Ga1-yInyN/p−Ga1-xInxN(x≦
y)、c軸Ga1-xInxN/n−Ga1-xInxN/i−
Ga1-yInyN/p−Ga1-xInxN(x≦y)、c軸
Ga1-xInxN/n−Ga1-xInxN/n−Ga1-y
yN/p−Ga1-yInyN/p−Ga1-xInxN(x
≦y)、c軸Ga1-xInxN/n−Ga1-xInxN/p
−Ga1-yInyN(x<y)、c軸Ga1-xInxN/n
−Ga1-xInxN/p−Ga1-xInxN/p−Ga1-y
InyN(x>y)、c軸Ga1-xInxN/n−Ga1-x
InxN/n−Ga1-yInyN/p−Ga1-yIny
(x>y)、c軸Ga1-xAlxN/n−Ga1-xAlx
/n−Ga1-yAlyN/p−Ga1-xAlxN(x≧
y)、c軸Ga1-xAlxN/n−Ga1-xAl xN/p−
Ga1-yAlyN/p−Ga1-xAlxN(x≧y)、c軸
Ga1-xAlxN/n−Ga1-xAlxN/n−Ga1-y
yN/p−Ga1-yAlyN/p−Ga 1-xAlxN(x
≧y)、c軸Ga1-xAlxN/n−Ga1-xAlxN/i
−Ga1- yAlyN/p−Ga1-xAlxN(x≧y)、c
軸Ga1-xAlxN/n−Ga1-xAlxN/p−Ga1-y
AlyN(x<y)、c軸Ga1-xAlxN/n−Ga1-x
AlxN/p−Ga1-xAlxN/p−Ga1-yAly
(x≦y)、c軸Ga1-xAl xN/n−Ga1-xAlx
/p−Ga1-yAlyN(x≧y)、c軸Ga1-xAlx
/n−Ga1-xAlxN/n−Ga1-yAlyN/p−Ga
1-xAlxN(x≧y)、c軸GaN/n−Ga1-xAlx
N/p−Ga1-xAlxN、c軸GaN/n−Ga1-x
xN/p−Ga1-yAlyN(x≧y)、c軸GaN/
n−Ga1-aInaN/p−Ga1-bInbN/n−Al
1-xGaxN/n−Al1-yGayN/p−Al 1-xGax
(x≧y、a≧b)などがあるが、とくにこれに限定さ
れるものではない。このような構造の発光素子とするこ
とにより、発光効率を上げたり、発光波長を変えたりす
ることが可能となる。また、上記の構造の種々の組合せ
を用いて、さらに発光効率を上げたり発光素子の多色化
を行うことも可能である。
In the present invention, gallium nitride c-axis oriented
The light emitting layer formed on the semiconductor layer (c-axis GaN)
As an example of the structure of the light-emitting element, the c-axis Ga shown in FIG.
N / n-GaN / i-GaN, c-axis GaN / shown in FIG.
n-GaN / p-Ga1-xInxN, c-axis Ga shown in FIG.
N / n-GaN / p-GaN, c-axis GaN / shown in FIG.
n-GaN / p-GaN / n-Ga1-xInxN / p-G
a1-xInxN, c-axis Ga shown in FIG.1-xInxN / n-G
a1-xInxN / p-Ga1-yInyN (x ≧ y), FIG.
C-axis Ga shown in1-xInxN / n-Ga1-xInxN / p-
Ga1-yInyN / p-Ga1-xInxLike N (x ≦ y)
C-axis Ga1-xInxN / n-Ga1-xInx
N / n-Ga1-yInyN / p-Ga1-xInxN (x ≦
y), c-axis Ga1-xInxN / n-Ga1-xInxN / i-
Ga1-yInyN / p-Ga1-xInxN (x ≦ y), c-axis
Ga1-xInxN / n-Ga1-xInxN / n-Ga1-yI
n yN / p-Ga1-yInyN / p-Ga1-xInxN (x
≦ y), c-axis Ga1-xInxN / n-Ga1-xInxN / p
-Ga1-yInyN (x <y), c-axis Ga1-xInxN / n
-Ga1-xInxN / p-Ga1-xInxN / p-Ga1-y
InyN (x> y), c-axis Ga1-xInxN / n-Ga1-x
InxN / n-Ga1-yInyN / p-Ga1-yInyN
(X> y), c-axis Ga1-xAlxN / n-Ga1-xAlxN
/ N-Ga1-yAlyN / p-Ga1-xAlxN (x ≧
y), c-axis Ga1-xAlxN / n-Ga1-xAl xN / p-
Ga1-yAlyN / p-Ga1-xAlxN (x ≧ y), c-axis
Ga1-xAlxN / n-Ga1-xAlxN / n-Ga1-yA
lyN / p-Ga1-yAlyN / p-Ga 1-xAlxN (x
≧ y), c-axis Ga1-xAlxN / n-Ga1-xAlxN / i
-Ga1- yAlyN / p-Ga1-xAlxN (x ≧ y), c
Axis Ga1-xAlxN / n-Ga1-xAlxN / p-Ga1-y
AlyN (x <y), c-axis Ga1-xAlxN / n-Ga1-x
AlxN / p-Ga1-xAlxN / p-Ga1-yAlyN
(X ≦ y), c-axis Ga1-xAl xN / n-Ga1-xAlxN
/ P-Ga1-yAlyN (x ≧ y), c-axis Ga1-xAlxN
/ N-Ga1-xAlxN / n-Ga1-yAlyN / p-Ga
1-xAlxN (x ≧ y), c-axis GaN / n-Ga1-xAlx
N / p-Ga1-xAlxN, c-axis GaN / n-Ga1-xA
lxN / p-Ga1-yAlyN (x ≧ y), c-axis GaN /
n-Ga1-aInaN / p-Ga1-bInbN / n-Al
1-xGaxN / n-Al1-yGayN / p-Al 1-xGaxN
(X ≧ y, a ≧ b), etc., but not limited to this
It is not something that can be done. A light emitting device having such a structure
To increase the luminous efficiency or change the emission wavelength.
It is possible to Also, various combinations of the above structures
To further increase luminous efficiency and increase the number of colors of light-emitting elements
It is also possible to do

【0015】本発明の発光素子には、発光層に電圧を印
加するために所望の部位に電極を形成することが必要で
ある。電極として使用する材料としては、AlやInの
単体、あるいはAlとInの合金や、AlやInを主体
とする合金、あるいは酸化スズ、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
がある。また、これらの電極上にAu、Ni、Ge等の
金属層を設けることにより耐熱性を上げることもでき
る。電極の形状は発光素子の用途や必要とする性能に応
じて設計することができる。
In the light emitting device of the present invention, it is necessary to form an electrode at a desired portion in order to apply a voltage to the light emitting layer. As a material used for the electrode, a simple substance of Al or In, an alloy of Al and In, an alloy mainly containing Al or In, tin oxide, indium oxide, tin oxide-indium oxide, zinc oxide, degenerated ZnSe. Etc. Further, heat resistance can be improved by providing a metal layer of Au, Ni, Ge or the like on these electrodes. The shape of the electrode can be designed according to the application of the light emitting device and the required performance.

【0016】つぎに本発明の窒化ガリウム半導体発光素
子の製造方法について説明する。本発明における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族元素を供給する
ことにより0.1〜20オングストローム/secの成
長速度でc軸に配向した窒化ガリウム系半導体薄膜を形
成する工程、窒素を含有するガス状化合物とIII族元
素を供給することによりn型の単結晶窒化ガリウム系半
導体薄膜を形成する工程、窒素を含有するガス状化合
物、III族元素およびp型ドーパントを供給すること
によりp型あるいはi型の単結晶窒化ガリウム系半導体
薄膜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。
Next, a method of manufacturing the gallium nitride semiconductor light emitting device of the present invention will be described. MBE in the present invention
In the method, a crystal growth apparatus having a gas source for supplying a nitrogen-containing gaseous compound and a solid source for supplying a Group III element is used, and the sapphire R plane is used as a substrate plane.
A step of forming a gallium nitride-based semiconductor thin film oriented in the c-axis at a growth rate of 0.1 to 20 angstrom / sec by supplying a nitrogen-containing gaseous compound and a group III element, the nitrogen-containing gaseous compound And a group III element to form an n-type single crystal gallium nitride based semiconductor thin film, a nitrogen-containing gaseous compound, a group III element and a p-type dopant to supply a p-type or i-type A method of manufacturing a semiconductor light emitting device, comprising at least a step of forming a single crystal gallium nitride based semiconductor thin film.

【0017】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。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、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。
Here, the gaseous compound means a compound containing the constituent elements of the thin film for supplying a desired compound semiconductor thin film crystal to grow on the substrate. As the gaseous compound, ammonia, nitrogen trifluoride, hydrazine or dimethylhydrazine may be used alone or a mixed gas containing them as a main component. Further, ammonia, nitrogen trifluoride, hydrazine or dimethylhydrazine may be diluted with an inert gas such as nitrogen, argon or helium before use. As a method of supplying these gases, a valve, a flow rate control device, and a pressure control device are connected in the middle of the pipe leading to the cell to control the mixing ratio and supply amount of these gases and to start / stop the supply. It is preferable to use a material that is capable of A gas cell can be used to supply these gases to the substrate surface, and in order to produce a good quality gallium nitride based semiconductor thin film, the gas cell is heated to a predetermined temperature to heat the compound containing nitrogen. Then, it is more preferable to supply it to the substrate surface. In order to efficiently perform heating in the gas cell, alumina, silica, boron nitride, silicon carbide or the like having excellent corrosion resistance is fibrous, flake-like, crushed, or granular and filled in the gas cell. Alternatively, it is preferable to increase the heating efficiency by making them porous and installing them in the gas cell to increase the contact area with the gaseous compound. Also,
It is also possible to activate nitrogen using a plasma gas cell and supply it to the substrate surface. The supply amount of the gaseous compound to the substrate surface needs to be larger than that of the solid source, and when the supply amount of the gaseous compound becomes smaller than the supply amount of the solid source, the element supplied from the gaseous compound from the semiconductor thin film is generated. It becomes difficult to obtain a good semiconductor thin film because the voids become large. Therefore, the supply amount of the gaseous compound is 10 times or more, preferably 100 times or more, more preferably 1000 times or more than that of the solid source.

【0018】本発明において、窒化ガリウム系半導体薄
膜の成長速度は0.1〜20オングストローム/sec
であることが必要となる。成長速度が0.1オングスト
ローム/sec未満では、成長雰囲気からの膜への汚染
が大きくなるので良質な窒化ガリウム系半導体薄膜が作
製できなくなるし、20オングストローム/secを越
えると島状成長となるため良質な窒化ガリウム系半導体
薄膜を得ることができなくなる。
In the present invention, the growth rate of the gallium nitride based semiconductor thin film is 0.1 to 20 angstrom / sec.
It is necessary to be. If the growth rate is less than 0.1 angstrom / sec, contamination of the film from the growth atmosphere will be large, making it impossible to produce a good quality gallium nitride-based semiconductor thin film. If it exceeds 20 angstrom / sec, island-like growth will occur. It becomes impossible to obtain a good quality gallium nitride based semiconductor thin film.

【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、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、C
a、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、T
e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。
さらに、ドーピング時に電子線や紫外線を照射して導電
型の制御を促進することも可能である。
As the solid source of the present invention, as the group III element, a simple substance or alloy of a metal of the group III element, or a metal salt can be used. Group III elements are Al and G
It is at least one element selected from a and In. Further, when the gallium nitride-based semiconductor thin film of the present invention is manufactured, impurities can be doped to control carrier density and p-type, i-type or n-type conductivity type. Examples of impurities to be doped to obtain a p-type or i-type gallium nitride based semiconductor thin film are Mg and C
a, Sr, Zn, Be, Cd, Hg, Li, etc., and n
As impurities to be doped to obtain a gallium nitride based semiconductor thin film, Si, Ge, C, Sn, S, Se, T
e, etc. The type of carrier and the carrier density can be changed by changing the type and doping amount of these dopants. In this case, the doping concentration may be changed depending on the film thickness direction, or a δ-doping method may be used in which only a specific layer is doped.
Furthermore, it is possible to accelerate the control of the conductivity type by irradiating an electron beam or ultraviolet rays during the doping.

【0020】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。
In producing a gallium nitride based semiconductor thin film by the MBE method in the present invention, a compound containing a group III element and nitrogen is simultaneously supplied to the substrate surface, or a compound containing a group III element and nitrogen is alternated. It is also possible to carry out a method of supplying it to the surface of the substrate or interrupting the growth during the growth of the thin film to promote crystallization of the thin film. Especially,
It is preferable to perform film growth while observing the RHEED pattern to confirm that streaks are visible.

【0021】以下、一例としてアンモニアを使用するM
BE法により作製された窒化ガリウ系半導体積層構造を
用いた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、4および5、ガ
スセル6、基板加熱ホルダー7を備えた結晶成長装置を
使用した。
Hereinafter, M using ammonia as an example
A method of manufacturing a gallium nitride based semiconductor light emitting device using a Gallium nitride based semiconductor laminated structure manufactured by the BE method will be described, but the method is not particularly limited to this.
As the apparatus, a crystal growth apparatus provided with an evaporation crucible (Knudsen cell) 2, 3, 4 and 5, a gas cell 6, and a substrate heating holder 7 in a vacuum container 1 as shown in FIG.

【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・seccになる温度
に加熱した。アンモニアの導入にはガスセル6を用い、
基板8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、Cd、Hg
やLi等を、蒸発ルツボ5にはSi、Ge、C、Sn、
S、Se、Te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。
Ga metal was placed in the evaporation crucible 2 and heated to a temperature of 10 13 to 10 19 / cm 2 · sec on the substrate surface. A gas cell 6 is used to introduce ammonia,
The substrate 8 was directly sprayed. The amount introduced was 10 16 to 10 20 / cm 2 · sec on the surface of the substrate. The evaporation crucible 3 contains In, Al, As, Sb.
Etc., and the temperature and time are controlled so that a mixed crystal compound semiconductor having a predetermined composition is formed to form a film. The evaporation crucible 4 contains Mg, Ca, Sr, Zn, Be, Cd, Hg.
, Li, etc., in the evaporation crucible 5, Si, Ge, C, Sn,
Doping is performed by adding S, Se, Te, etc., and controlling the temperature and supply time so that a predetermined supply amount is obtained.

【0023】基板8としとては、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8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、蒸発ルツボ5から所定量
のn型ドーパントを供給しながら0.1〜20オングス
トローム/secの成長速度で100〜5000オング
ストロームの厚みのc軸配向した窒化ガリウム系半導体
層を作製する。このc軸配向した窒化ガリウム系半導体
層には蒸発ルツボ5を用いてn型ドーピングして導電性
を上げることもできる。さらに、該c軸配向した窒化ガ
リウム系半導体層の上に0.1〜5オングストローム/
secの成長速度で0.05〜2μmの厚みのn型単結
晶窒化ガリウム系半導体層を作製した。続いて、該n型
単結晶窒化ガリウム系半導体層の上にGaのシャッター
と同時に蒸発ルツボ4のシャッターを開けて、100〜
10000オングストロームのp型あるいはi型となる
ドーパント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。
As the substrate 8, a sapphire R surface having an off angle of 0.8 degrees or less was used and heated to 200 to 900 ° C. First, the substrate 8 is heated at 900 ° C. in the vacuum container 1, set to a predetermined growth temperature, and a growth rate of 0.1 to 20 angstrom / sec while supplying a predetermined amount of n-type dopant from the evaporation crucible 5. Then, a c-axis oriented gallium nitride based semiconductor layer having a thickness of 100 to 5000 angstrom is prepared. The c-axis-oriented gallium nitride-based semiconductor layer may be n-type doped with an evaporation crucible 5 to increase the conductivity. Further, 0.1 to 5 angstrom / on the c-axis oriented gallium nitride based semiconductor layer.
An n-type single crystal gallium nitride based semiconductor layer having a thickness of 0.05 to 2 μm was produced at a growth rate of sec. Then, the shutter of the evaporation crucible 4 is opened simultaneously with the shutter of Ga on the n-type single crystal gallium nitride based semiconductor layer, and
A gallium nitride-based semiconductor layer doped with a p-type or i-type dopant of 10000 angstrom was formed to produce a gallium nitride-based semiconductor laminated structure.

【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、
Al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、これらの電極層は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。
Then, the laminated thin film is subjected to a lithographic process to set the shape of the element and to provide an electrode for injecting a current. The lithography process can be performed by a process using an ordinary photoresist material, and the etching method can be a dry etching method. As the dry etching method, a usual method can be used, such as ion milling,
ECR etching, reactive ion etching, ion beam assisted etching, focused ion beam etching can be used. Particularly, in the present invention, since the gallium nitride based semiconductor laminated thin film has a small total thickness, one of the features is that these dry etching methods can be efficiently applied. As an electrode for injecting current,
Metals such as Al and In, tin oxide, indium oxide, tin oxide-indium oxide, zinc oxide, and degenerated ZnSe can be used, and these electrode layers are MBE method, vacuum evaporation method, electron beam evaporation method or sputtering method. And the like.

【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
を行い素子を作製した。この素子の電極に7Vの電圧を
印加して15mAの電流を注入することにより、40m
cdの青色発光が観測された。
The element obtained by this method was cut with a dicing saw or the like, and wiring was performed using a gold wire with a wire bonder to produce an element. By applying a voltage of 7 V to the electrode of this device and injecting a current of 15 mA, 40 m
A blue emission of cd was observed.

【0026】[0026]

【実施例】以下,実施例によりさらに詳細に説明する。EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to examples.

【0027】[0027]

【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1に示すような真空容器1内に、蒸発用ルツボ
2、3、4および5、ガスセル6、および基板加熱ホル
ダー7を備えた結晶成長装置を用いた。
Example 1 An example in which a gallium nitride based semiconductor light emitting device is manufactured by the MBE method using ammonia will be described. A crystal growth apparatus provided with an evaporation crucible 2, 3, 4 and 5, a gas cell 6, and a substrate heating holder 7 in a vacuum container 1 as shown in FIG. 1 was used.

【0028】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4にはMg金属を入れて
280℃に加熱し、蒸発ルツボ5にはSiを入れて11
00℃に加熱した。ガスとしてはアンミニアを使用し、
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6を使用し、370℃に加熱してガスを直接に基
板8に吹き付けるようにして5cc/minの速度で供
給した。
Ga metal is put in the evaporation crucible 2 to be 10
Heat to 20 ° C., put Mg metal into the evaporation crucible 4 and heat to 280 ° C., put Si into the evaporation crucible 5 and put 11
Heated to 00 ° C. I used amminia as gas,
A gas cell 6 having alumina fibers filled therein was used for introducing the gas, and the gas was supplied at a rate of 5 cc / min so that the gas was directly blown onto the substrate 8 by heating to 370 ° C.

【0029】基板8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1×10-6Torrrであった。まず、基板8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6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、
1.5オングストローム/secの成膜速度で膜厚20
00オングストロームのc軸配向した窒化ガリウム半導
体層を作製した。窒化ガリウム系半導体薄膜成長中(厚
さ1000オングストローム)に加速電圧30kV、電
流75μAにおいてRHEEDを観察した例を示す。図
2にはそのRHEEDパターンを示したが、窒化ガリウ
ムのa軸方向から電子線を入射するとストリークパター
ンが観察でき、c軸方向から入射すると横に広がったラ
インパターンとなることから窒化ガリウム系半導体薄膜
がc軸配向していることを確認することができる。続い
て、該c軸配向した窒化ガリウム半導体層の上に300
0オングストロームの単結晶n型窒化ガリウム半導体層
を作製し、さらにその上にGaのシャッターと同時にM
gのシャッターを開けて、200オングストロームのM
gをドーピングしたi型窒化ガリウム半導体層を形成す
ることによって窒化ガリウム半導体積層構造を作製し
た。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、厚さ3000
オングストロームのAl電極を真空蒸着法によって形成
した。
As the substrate 8, a sapphire R surface having an off angle of 0.5 degree is used. The pressure in the vacuum container was 1 × 10 −6 Torr during film formation. First, the substrate 8 is heated at 900 ° C. for 30 minutes and then maintained at a temperature of 750 ° C. to form a film. The film is formed by opening the shutter of the Ga crucible while supplying ammonia from the gas cell 6.
A film thickness of 20 at a film forming rate of 1.5 angstrom / sec.
A c-axis oriented gallium nitride semiconductor layer having a thickness of 00 angstrom was produced. An example in which RHEED was observed at an acceleration voltage of 30 kV and a current of 75 μA during the growth of a gallium nitride based semiconductor thin film (thickness: 1000 Å) is shown. The RHEED pattern is shown in FIG. 2, but a streak pattern can be observed when an electron beam is incident from the a-axis direction of gallium nitride, and a laterally spread line pattern is obtained when the electron beam is incident from the c-axis direction. It can be confirmed that the thin film is c-axis oriented. Then, 300 is deposited on the c-axis oriented gallium nitride semiconductor layer.
A 0 angstrom single crystal n-type gallium nitride semiconductor layer is formed, and a Ga shutter and M
Open the shutter of g, 200 Angstrom of M
A gallium nitride semiconductor laminated structure was produced by forming an i-type gallium nitride semiconductor layer doped with g. Then, an electrode for injecting a current is provided by performing a lithographic process on the laminated thin film. The lithography process can be performed by a process using a normal photoresist material, and as an etching method,
A window was formed to form an electrode for injecting a current by performing ion milling. Then, thickness 3000
An Angstrom Al electrode was formed by a vacuum deposition method.

【0030】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。本発明の素子構造を図3に、ダイオード特性を
測定した結果を図4に示す。この素子の電極に7Vの電
圧を印加して15mAの電流を注入すると、40mcd
の青色発光が観測された。発光スペクトルは図5に示
す。
The element obtained by this method was cut with a dicing saw, and wiring was performed using a gold wire with a wire bonder. FIG. 3 shows the device structure of the present invention, and FIG. 4 shows the results of measuring the diode characteristics. When a voltage of 7 V is applied to the electrode of this element and a current of 15 mA is injected, 40 mcd
Blue emission was observed. The emission spectrum is shown in FIG.

【0031】[0031]

【実施例2】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1に示すような真空容器1内に、蒸発用ルツボ
2、3、4および5、ガスセル6、および基板加熱ホル
ダー7を備えた結晶成長装置を用いた。
Example 2 An example in which a gallium nitride based semiconductor light emitting device is manufactured by the MBE method using ammonia will be described. A crystal growth apparatus provided with an evaporation crucible 2, 3, 4 and 5, a gas cell 6, and a substrate heating holder 7 in a vacuum container 1 as shown in FIG. 1 was used.

【0032】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、蒸発用ルツボ5にはSiを入れて1
100℃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6を使用し、370℃に加熱してガスを直接
に基板8に吹き付けるようにして5cc/minの速度
で供給した。
Ga metal is put in the evaporation crucible 2 to be 10
Heat to 20 ° C and put In metal in the evaporation crucible 3 to 6
Heat to 60 ° C., put Mg metal in the evaporation crucible 4 and heat to 280 ° C., put Si in the evaporation crucible 5 and
Heated to 100 ° C. Ammonia is used as a gas, a gas cell 6 having alumina fibers filled therein is used for introducing the gas, and the gas is directly blown onto the substrate 8 by heating at 370 ° C. and supplied at a rate of 5 cc / min. did.

【0033】基板8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8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6から供給
しながらGa、InおよびSiのルツボのシャッターを
開けて行い、1.5オングストローム/secの成膜速度
でGaNの組成で膜厚1500オングストロームのSi
をドーピングしたc軸配向したn+型窒化ガリウム系半
導体層を作製した。窒化ガリウム系半導体薄膜成長中
(厚さ1000オングストローム)に加速電圧30k
V、電流75μAにおいてRHEEDを観察した結果、
窒化ガリウムのa軸方向から電子線を入射するとストリ
ークパターンが観測でき、c軸方向から入射すると横に
広がったラインパターンとなることから窒化ガリウム系
半導体薄膜がc軸配向していることを確認することがで
きる。続いて、該窒化ガリウム系半導体層の上に500
0オングストロームの厚さのn型単結晶窒化ガリウム半
導体層を作製し、さらにその上にGaおよびInのシャ
ッターと同時にMgのシャッターを開けて、300オン
グストロームのMgをドーピングしたGa1-xInx
(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図6に示すような窒化ガリウム
系半導体積層構造を作製した。
As the substrate 8, a sapphire R surface having an off angle of 0.5 degrees is used. The pressure in the vacuum container was 1 × 10 −6 Torr during film formation. First, the substrate 8
A film is formed by heating at 00 ° C. for 30 minutes and then maintaining the temperature at 750 ° C. The film formation is performed by opening the shutter of the crucible of Ga, In and Si while supplying ammonia from the gas cell 6, and the film formation speed of 1.5 angstrom / sec.
A c-axis oriented n + -type gallium nitride based semiconductor layer doped with was prepared. Acceleration voltage 30k during growth of gallium nitride based semiconductor thin film (thickness 1000 angstrom)
As a result of observing RHEED at V and current of 75 μA,
A streak pattern can be observed when an electron beam is incident from the a-axis direction of gallium nitride, and a line pattern that is laterally widened when incident from the c-axis direction, confirming that the gallium nitride-based semiconductor thin film is c-axis oriented. be able to. Then, 500 on the gallium nitride based semiconductor layer.
An n-type single crystal gallium nitride semiconductor layer having a thickness of 0 angstrom was formed, and a shutter for Mg and a shutter for Ga and In were opened on the n-type single crystal gallium nitride semiconductor layer, and Ga 1-x In x N doped with 300 angstrom of Mg was opened.
By forming a p-type gallium nitride based semiconductor layer having a composition of (x = 0.12), a gallium nitride based semiconductor laminated structure as shown in FIG. 6 was produced.

【0034】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、厚さ
3000オングストロームのAl電極を真空蒸着法によ
って形成した。
Next, an electrode for injecting a current is provided by subjecting the laminated thin film to a lithographic process. The lithography process can be performed by a process using an ordinary photoresist material, and a window for forming an electrode for injecting a current is formed by performing ion milling as an etching method. Then, an Al electrode having a thickness of 3000 angstrom was formed by a vacuum evaporation method.

【0035】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10Vの電圧を印加して20
mAの電流を注入すると,37mcdの緑色発光が観測
された。
The device obtained by this method was cut with a dicing saw, and wiring was performed using a gold wire with a wire bonder. Applying a voltage of 10V to the electrode of this element,
When a current of mA was injected, a green emission of 37 mcd was observed.

【0036】[0036]

【実施例3】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1に示すような真空容器1内に、蒸発用ルツボ
2、3、4および5、ガスセル6、および基板加熱ホル
ダー7を備えた結晶成長装置を用いた。
Example 3 An example in which a gallium nitride based semiconductor light emitting device is manufactured by the MBE method using ammonia will be described. A crystal growth apparatus provided with an evaporation crucible 2, 3, 4 and 5, a gas cell 6, and a substrate heating holder 7 in a vacuum container 1 as shown in FIG. 1 was used.

【0037】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4にはMg金属を入れて
280℃に加熱し、蒸発ルツボ5にはSiを入れて11
00℃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6を使用し、370℃に加熱してガスを直接に基
板8に吹き付けるようにして5cc/minの速度で供
給した。
Ga metal is put in the evaporation crucible 2 to be 10
Heat to 20 ° C., put Mg metal into the evaporation crucible 4 and heat to 280 ° C., put Si into the evaporation crucible 5 and put 11
Heated to 00 ° C. Ammonia is used as gas,
A gas cell 6 having alumina fibers filled therein was used for introducing the gas, and the gas was supplied at a rate of 5 cc / min so that the gas was directly blown onto the substrate 8 by heating to 370 ° C.

【0038】基板8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1×10-6Torrrであった。まず、基板8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6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、
1.0オングストローム/secの成膜速度で膜厚20
00オングストロームのc軸配向した窒化ガリウム半導
体層を作製した。窒化ガリウム系半導体薄膜成長中(厚
さ1000オングストローム)に加速電圧30kV、電
流75μAにおいてRHEEDを観察した結果、窒化ガ
リウムのa軸方向から電子線を入射するとストリークパ
ターンが観測でき、c軸方向から入射すると横に広がっ
たラインパターンとなることから窒化ガリウム系半導体
薄膜がc軸配向していることを確認することができる。
続いて、該c軸配向した窒化ガリウム半導体層の上に3
000オングストロームの単結晶n型窒化ガリウム半導
体層を作製し、さらにその上にGaのシャッターと同時
にZnのシャッターを開けて、500オングストローム
のZnをドーピングしたp型窒化ガリウム半導体層を形
成することによって図7に示すような窒化ガリウム半導
体積層構造を作製した。
As the substrate 8, a sapphire R surface having an off angle of 0.5 degrees is used. The pressure in the vacuum container was 1 × 10 −6 Torr during film formation. First, the substrate 8 is heated at 900 ° C. for 30 minutes and then maintained at a temperature of 750 ° C. to form a film. The film is formed by opening the shutter of the Ga crucible while supplying ammonia from the gas cell 6.
A film thickness of 20 at a film forming rate of 1.0 angstrom / sec.
A c-axis oriented gallium nitride semiconductor layer having a thickness of 00 angstrom was produced. RHEED was observed at an acceleration voltage of 30 kV and a current of 75 μA during the growth of the gallium nitride-based semiconductor thin film (thickness: 1000 Å). Then, since the line pattern spreads horizontally, it can be confirmed that the gallium nitride based semiconductor thin film is c-axis oriented.
Then, 3 is deposited on the c-axis oriented gallium nitride semiconductor layer.
A single crystal n-type gallium nitride semiconductor layer having a thickness of 000 angstroms is formed, and a Zn shutter is simultaneously opened with a Ga shutter to form a 500 angstrom Zn-doped p-type gallium nitride semiconductor layer. A gallium nitride semiconductor laminated structure as shown in 7 was produced.

【0039】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、厚さ
3000オングストロームのAlーIn電極を真空蒸着
法によって形成した。
Next, an electrode for injecting a current is provided by subjecting the laminated thin film to a lithographic process. The lithography process can be performed by a process using an ordinary photoresist material, and a window for forming an electrode for injecting a current is formed by performing ion milling as an etching method. Then, an Al-In electrode having a thickness of 3000 angstrom was formed by a vacuum evaporation method.

【0040】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9Vの電圧を印加して15m
Aの電流を注入すると、60mcdの青緑色発光が観測
された。
The element obtained by this method was cut with a dicing saw, and wiring was performed using a gold wire with a wire bonder. 15m by applying a voltage of 9V to the electrode of this element
When a current of A was injected, a blue-green light emission of 60 mcd was observed.

【0041】[0041]

【実施例4】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1に示すような真空容器1内に、蒸発用ルツボ
2、3、4および5、ガスセル6、および基板加熱ホル
ダー7を備えた結晶成長装置を用いた。
Example 4 An example in which a gallium nitride based semiconductor light emitting device is manufactured by the MBE method using ammonia will be described. A crystal growth apparatus provided with an evaporation crucible 2, 3, 4 and 5, a gas cell 6, and a substrate heating holder 7 in a vacuum container 1 as shown in FIG. 1 was used.

【0042】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4にはMg金属を入れて
280℃に加熱し、蒸発ルツボ5にはSiを入れて11
00℃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6を使用し、370℃に加熱してガスを直接に基
板8に吹き付けるようにして5cc/minの速度で供
給した。
Ga metal was put in the evaporation crucible 2 to be 10
Heat to 20 ° C., put Mg metal into the evaporation crucible 4 and heat to 280 ° C., put Si into the evaporation crucible 5 and put 11
Heated to 00 ° C. Ammonia is used as gas,
A gas cell 6 having alumina fibers filled therein was used for introducing the gas, and the gas was supplied at a rate of 5 cc / min so that the gas was directly blown onto the substrate 8 by heating to 370 ° C.

【0043】基板8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1×10-6Torrrであった。まず、基板8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6から供
給しながらGaおよびSiのルツボのシャッターを開け
て行い、1.0オングストローム/secの成膜速度で
膜厚4000オングストロームのc軸配向した窒化ガリ
ウム半導体層を作製した。窒化ガリウム系半導体薄膜成
長中(厚さ1000オングストローム)に加速電圧30
kV、電流75μAにおいてRHEEDを観察した結
果、窒化ガリウムのa軸方向から電子線を入射するとス
トリークパターンが観測でき、c軸方向から入射すると
横に広がったラインパターンとなることから窒化ガリウ
ム系半導体薄膜がc軸配向していることを確認すること
ができる。続いて、該c軸配向した窒化ガリウム半導体
層の上に2000オングストロームの単結晶n型窒化ガ
リウム半導体層を作製し、さらにその上にGaのシャッ
ターと同時にZnのシャッターを開けて、1000オン
グストロームのZnをドーピングしたp型窒化ガリウム
半導体層を形成することによって図7に示すような窒化
ガリウム半導体積層構造を作製した。
As the substrate 8, a sapphire R surface having an off angle of 0.5 degree is used. The pressure in the vacuum container was 1 × 10 −6 Torr during film formation. First, the substrate 8 is heated at 900 ° C. for 30 minutes and then maintained at a temperature of 750 ° C. to form a film. The film formation was performed by opening the shutter of the crucible of Ga and Si while supplying ammonia from the gas cell 6 to form a c-axis oriented gallium nitride semiconductor layer having a film thickness of 4000 angstrom at a film forming rate of 1.0 angstrom / sec. . Acceleration voltage of 30 during growth of gallium nitride based semiconductor thin film (thickness 1000 Å)
As a result of RHEED observation at kV and current of 75 μA, a streak pattern can be observed when an electron beam is incident from the a-axis direction of gallium nitride, and a laterally widened line pattern is obtained when the electron beam is incident from the c-axis direction. Can be confirmed to be c-axis oriented. Subsequently, a 2000 angstrom single crystal n-type gallium nitride semiconductor layer is formed on the c-axis oriented gallium nitride semiconductor layer, and a Zn shutter is simultaneously opened with a Ga shutter to form a 1000 angstrom Zn nitride layer. A p-type gallium nitride semiconductor layer doped with is formed to form a gallium nitride semiconductor laminated structure as shown in FIG.

【0044】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、厚さ
3000オングストロームのAlーIn電極を真空蒸着
法によって形成した。
Next, an electrode for injecting a current is provided by subjecting the laminated thin film to a lithographic process. The lithography process can be performed by a process using an ordinary photoresist material, and a window for forming an electrode for injecting a current is formed by performing ion milling as an etching method. Then, an Al-In electrode having a thickness of 3000 angstrom was formed by a vacuum evaporation method.

【0045】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9Vの電圧を印加して15m
Aの電流を注入すると、100mcdの青緑色発光が観
測された。
The element obtained by this method was cut with a dicing saw, and wiring was performed using a gold wire with a wire bonder. 15m by applying a voltage of 9V to the electrode of this element
When the current of A was injected, a blue-green light emission of 100 mcd was observed.

【0046】[0046]

【実施例5】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1に示すような真空容器1内に、蒸発用ルツボ
2、3、4および5、ガスセル6、および基板加熱ホル
ダー7を備えた結晶成長装置を用いた。
Example 5 An example in which a gallium nitride based semiconductor light emitting device is manufactured by the MBE method using ammonia will be described. A crystal growth apparatus provided with an evaporation crucible 2, 3, 4 and 5, a gas cell 6, and a substrate heating holder 7 in a vacuum container 1 as shown in FIG. 1 was used.

【0047】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4にはMg金属を入れて
280℃に加熱し、蒸発ルツボ5にはSiを入れて11
00℃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6を使用し、370℃に加熱してガスを直接に基
板8に吹き付けるようにして5cc/minの速度で供
給した。
Ga metal is put in the evaporation crucible 2 to be 10
Heat to 20 ° C., put Mg metal into the evaporation crucible 4 and heat to 280 ° C., put Si into the evaporation crucible 5 and put 11
Heated to 00 ° C. Ammonia is used as gas,
A gas cell 6 having alumina fibers filled therein was used for introducing the gas, and the gas was supplied at a rate of 5 cc / min so that the gas was directly blown onto the substrate 8 by heating to 370 ° C.

【0048】基板8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1×10-6Torrrであった。まず、基板8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6から供
給しながらGaおよびSiのルツボのシャッターを開け
て行い、1.0オングストローム/secの成膜速度で
膜厚4000オングストロームのc軸配向した窒化ガリ
ウム半導体層を作製した。窒化ガリウム系半導体薄膜成
長中(厚さ1000オングストローム)に加速電圧30
kV、電流75μAにおいてRHEEDを観察した結
果、窒化ガリウムのa軸方向から電子線を入射するとス
トリークパターンが観測でき、c軸方向から入射すると
横に広がったラインパターンとなることから窒化ガリウ
ム系半導体薄膜がc軸配向していることを確認すること
ができる。続いて、該c軸配向した窒化ガリウム半導体
層の上に1000オングストロームの単結晶n型窒化ガ
リウム半導体層を作製し、さらにその上にGaおよびI
nのシャッターと同時にZnのシャッターを開けて、1
000オングストロームのZnをドーピングしたGa1-
xInxN(x=0.20)の組成のp型窒化ガリウム半
導体層を形成し、さらにその上にGaのシャッターと同
時にZnのシャッターを開けて1000オングストロー
ムの単結晶p型窒化ガリウム半導体層を形成することに
よって図10に示すような窒化ガリウム系半導体積層構
造を作製した。
As the substrate 8, a sapphire R surface having an off angle of 0.5 degree is used. The pressure in the vacuum container was 1 × 10 −6 Torr during film formation. First, the substrate 8 is heated at 900 ° C. for 30 minutes and then maintained at a temperature of 750 ° C. to form a film. The film formation was performed by opening the shutter of the crucible of Ga and Si while supplying ammonia from the gas cell 6 to form a c-axis oriented gallium nitride semiconductor layer having a film thickness of 4000 angstrom at a film forming rate of 1.0 angstrom / sec. . Acceleration voltage of 30 during growth of gallium nitride based semiconductor thin film (thickness 1000 Å)
As a result of RHEED observation at kV and current of 75 μA, a streak pattern can be observed when an electron beam is incident from the a-axis direction of gallium nitride, and a laterally widened line pattern is obtained when the electron beam is incident from the c-axis direction. Can be confirmed to be c-axis oriented. Then, a 1000 angstrom single crystal n-type gallium nitride semiconductor layer was formed on the c-axis oriented gallium nitride semiconductor layer, and Ga and I were further formed thereon.
Open the Zn shutter at the same time as the n shutter and
Ga 1− doped with 000 Å of Zn
A p-type gallium nitride semiconductor layer having a composition of x In x N (x = 0.20) is formed, and a Zn shutter is simultaneously opened with a Ga shutter to form a 1000 Å single crystal p-type gallium nitride semiconductor layer. To form a gallium nitride-based semiconductor laminated structure as shown in FIG.

【0049】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、厚さ
3000オングストロームのAlーIn電極を真空蒸着
法によって形成した。
Then, an electrode for injecting a current is provided by subjecting the laminated thin film to a lithographic process. The lithography process can be performed by a process using an ordinary photoresist material, and a window for forming an electrode for injecting a current is formed by performing ion milling as an etching method. Then, an Al-In electrode having a thickness of 3000 angstrom was formed by a vacuum evaporation method.

【0050】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。77Kにおいてこの素子の電極にパルス上の電
流を注入すると、注入電流密度200A/cm2以上に
おいてレーザー発振が確認された。発光波長は430n
mであった。
The element obtained by this method was cut with a dicing saw, and wiring was performed using a gold wire with a wire bonder. When a pulsed current was injected into the electrode of this device at 77 K, laser oscillation was confirmed at an injection current density of 200 A / cm 2 or more. The emission wavelength is 430n
It was m.

【0051】[0051]

【比較例】実施例に於て、Ga蒸発用ルツボ2の温度を
1060℃としてアンモニアの導入量を20cc/mi
nとし、25オングストローム/secの成長速度とし
た以外は同様の方法で窒化ガリウム系半導体薄膜を成長
させた。窒化ガリウム系半導体薄膜成長中(厚さ100
0オングストローム)に加速電圧30kV、電流75μ
AにおいてRHEED観察を行った。その結果、ランダ
ムなスポットパターンが得られ、島状成長しているもの
と考えられた。
Comparative Example In the example, the temperature of the Ga evaporation crucible 2 was set to 1060 ° C., and the amount of ammonia introduced was 20 cc / mi.
A gallium nitride based semiconductor thin film was grown by the same method except that the growth rate was 25 angstroms / sec. Growth of gallium nitride based semiconductor thin film (thickness 100
0 angstrom), acceleration voltage 30kV, current 75μ
RHEED observation was performed in A. As a result, a random spot pattern was obtained, and it was considered that island-shaped growth had occurred.

【0052】[0052]

【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,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で電流注入により青色発光する
素子を作製することができた。また,膜厚が小さいため
発光素子を作製するプロセスが容易で信頼性の高いもの
になり,かつ光の取り出し効率を高くすることができる
という特徴がある。
As a gallium nitride based semiconductor light emitting device according to the present invention, a device emitting blue light by current injection with a gallium nitride based semiconductor film thickness of 1 μm or less on a sapphire R-face substrate could be manufactured. In addition, since the film thickness is small, the process of manufacturing a light emitting device is easy and highly reliable, and the light extraction efficiency can be increased.

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

【図1】薄膜作製に用いた結晶成長装置の概略図であ
る。
FIG. 1 is a schematic view of a crystal growth apparatus used for thin film production.

【図2】窒化ガリウム系半導体薄膜の結晶の構造を示す
RHEEDパターン写真である。
FIG. 2 is a RHEED pattern photograph showing a crystal structure of a gallium nitride based semiconductor thin film.

【図3】実施例1で作製したGaN発光素子の断面構造
を示した図である。
FIG. 3 is a diagram showing a cross-sectional structure of a GaN light emitting device manufactured in Example 1.

【図4】実施例1で作製したGaN発光素子のダイオー
ド特性を示した図である。
FIG. 4 is a diagram showing diode characteristics of the GaN light emitting device manufactured in Example 1.

【図5】実施例1で作製したGaN発光素子の発光スペ
クトルを示した図である。
FIG. 5 is a diagram showing an emission spectrum of the GaN light emitting device manufactured in Example 1.

【図6】実施例2で作製したGa1-xInxN系発光素子
の断面構造を示した図である。
6 is a diagram showing a cross-sectional structure of a Ga 1 -x In x N-based light emitting device manufactured in Example 2. FIG.

【図7】実施例3で作製したGaN発光素子の断面構造
を示した図である。
FIG. 7 is a view showing a cross-sectional structure of a GaN light emitting device manufactured in Example 3.

【図8】c軸GaN/n−GaN/p−GaN/n−G
1-xInxN/p −Ga1-xInxNからなる発光素子
構造を示した図である。
FIG. 8 c-axis GaN / n-GaN / p-GaN / n-G
It is a diagram showing the a 1-x In x N / p -Ga 1-x In x N a light emitting device structure.

【図9】c軸Ga1-xInxN/n−Ga1-xInxN/p
−Ga1-yInyN(x ≧y)からなる発光素子構造を
示した図である。
FIG. 9 c-axis Ga 1-x In x N / n-Ga 1-x In x N / p
-Ga is a diagram showing the 1-y In y N (x ≧ y) a light emitting device structure.

【図10】c軸Ga1-xInxN/n−Ga1-xInxN/
p−Ga1-yInyN/p−Ga1- xInxN(x≦y)か
らなる発光素子構造を示した図である。
FIG. 10 c-axis Ga 1-x In x N / n-Ga 1-x In x N /
It is a diagram showing a p-Ga 1-y In y N / p-Ga 1- x In x N (x ≦ y) a light emitting device structure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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 蒸発用ルツボ 6 ガスセル 7 基板加熱ホルダー 8 基板 9 クライオパネル 10 バルブ 11 コールドトラップ 12 油拡散ポンプ 13 油回転ポンプ 14 シャッター 15 シャッター 16 シャッター 17 シャッター 18 サファイアR面基板 19 c軸配向GaN層 20 単結晶n−GaN層 21 単結晶i−GaN層 22 Al電極 23 単結晶n−Ga1-xInxN層 24 単結晶p−Ga1-xInxN層 25 単結晶p−GaN層 26 c軸配向Ga1-xInxN層 27 単結晶p−Ga1-yInyN層(x≧y) 28 単結晶p−Ga1-yInyN層(x<y)1 Vacuum Container 2 Evaporating Crucible 3 Evaporating Crucible 4 Evaporating Crucible 5 Evaporating Crucible 6 Gas Cell 7 Substrate Heating Holder 8 Substrate 9 Cryopanel 10 Valve 11 Cold Trap 12 Oil Diffusion Pump 13 Oil Rotary Pump 14 Shutter 15 Shutter 16 16 Shutter 17 Shutter 18 Sapphire R-plane substrate 19 c-axis oriented GaN layer 20 Single crystal n-GaN layer 21 Single crystal i-GaN layer 22 Al electrode 23 Single crystal n-Ga 1-x In x N layer 24 Single crystal p-Ga 1- x In x N layer 25 Single crystal p-GaN layer 26 c-axis oriented Ga 1-x In x N layer 27 Single crystal p-Ga 1-y In y N layer (x ≧ y) 28 Single crystal p-Ga 1- y In y N layer (x <y)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮田 邦男 静岡県富士市鮫島2番地の1 旭化成工業 株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kunio Miyata 1 2-2 Samejima, Fuji City, Shizuoka Prefecture Asahi Kasei Corporation

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 オフ角0.8度以下のサファイアR面基
板上に直接に形成されたc軸方向に配向した窒化ガリウ
ム系半導体層を有し、かつn型の単結晶窒化ガリウム系
半導体層と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有
することを特徴とする窒化ガリウム系半導体発光素子。
1. An n-type single crystal gallium nitride based semiconductor layer having a c-axis oriented gallium nitride based semiconductor layer formed directly on a sapphire R-plane substrate having an off angle of 0.8 degrees or less. And gallium nitride having at least one light emitting layer formed of a p-type or i-type single crystal gallium nitride based semiconductor layer, and having an electrode at a desired portion for applying a voltage to the light emitting layer. -Based semiconductor light emitting device.
【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面を基板面として、窒素を含有するガス状化合物とI
II族元素を供給することにより0.1〜20オングス
トローム/secの成長速度でc軸に配向した窒化ガリ
ウム系半導体薄膜を形成する工程、窒素を含有するガス
状化合物とIII族元素を供給することによりn型の単
結晶窒化ガリウム系半導体薄膜を形成する工程、窒素を
含有するガス状化合物、III族元素およびp型ドーパ
ントを供給することによりp型あるいはi型の単結晶窒
化ガリウム系半導体薄膜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。
2. In the MBE method, a crystal growth apparatus having a gas source for supplying a nitrogen-containing gaseous compound and a solid source for supplying a group III element is used, and nitrogen is contained with a sapphire R surface as a substrate surface. Gaseous compounds and I
A step of forming a gallium nitride based semiconductor thin film oriented to the c-axis at a growth rate of 0.1 to 20 angstrom / sec by supplying a group II element, supplying a gaseous compound containing nitrogen and a group III element To form an n-type single-crystal gallium nitride-based semiconductor thin film, and to supply a gaseous compound containing nitrogen, a group III element and a p-type dopant to form a p-type or i-type single-crystal gallium nitride-based semiconductor thin film. A method for manufacturing a semiconductor light emitting device, comprising at least a forming step.
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