JPH0661527A - 半導体発光素子及びその作製方法 - Google Patents
半導体発光素子及びその作製方法Info
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- JPH0661527A JPH0661527A JP21150192A JP21150192A JPH0661527A JP H0661527 A JPH0661527 A JP H0661527A JP 21150192 A JP21150192 A JP 21150192A JP 21150192 A JP21150192 A JP 21150192A JP H0661527 A JPH0661527 A JP H0661527A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 Ｉｎx Ｇａy Ａｌ1-x-y Ｎ膜の結晶性を向上
させた高効率、長寿命の半導体発光素子を提供するこ
と、及び、ＭｎＯ、ＺｎＯ、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 、ＭｇＯ及
びＣａＯ等の酸化物基板を高温や還元雰囲気中において
も基板の結晶性が劣化しない半導体発光素子の作製方法
を提供すること。 【構成】 発光素子の作製時において、ＺｎＯ基板２の
面の内、素子形成しない他の面及び側面に高温或は還元
雰囲気に耐えるＳｉＳｉＯ2 保護膜１２を形成し、その
後ＩｎX ＧａY Ａｌ1-X-Y Ｎバッファ層１３を発光素子
形成温度より低温で堆積した後、発光素子を形成する。 【効果】 ＺｎＯ単結晶基板２を用いてＩｎＧａＡｌＮ
四元混晶系を高い温度で成長することができると共に、
成長した膜の結晶性を劣化させることがなく、高効率、
長寿命の半導体発光素子を形成することができる。
させた高効率、長寿命の半導体発光素子を提供するこ
と、及び、ＭｎＯ、ＺｎＯ、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 、ＭｇＯ及
びＣａＯ等の酸化物基板を高温や還元雰囲気中において
も基板の結晶性が劣化しない半導体発光素子の作製方法
を提供すること。 【構成】 発光素子の作製時において、ＺｎＯ基板２の
面の内、素子形成しない他の面及び側面に高温或は還元
雰囲気に耐えるＳｉＳｉＯ2 保護膜１２を形成し、その
後ＩｎX ＧａY Ａｌ1-X-Y Ｎバッファ層１３を発光素子
形成温度より低温で堆積した後、発光素子を形成する。 【効果】 ＺｎＯ単結晶基板２を用いてＩｎＧａＡｌＮ
四元混晶系を高い温度で成長することができると共に、
成長した膜の結晶性を劣化させることがなく、高効率、
長寿命の半導体発光素子を形成することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、可視（赤色）から紫外
で発光する半導体発光素子及びその作製方法の関するも
のである。
で発光する半導体発光素子及びその作製方法の関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】近年、青色・紫外発光素子用材料として
ＩｎＧａＡｌＮ四元混晶系が有望視されている。従来、
この種の混晶系の構成要素であるＧａＮ、ＩｎＮ、Ａｌ
Ｎ等の二元混晶、或いはＩｎＧａＮやＡｌＧａＮ等の三
元混晶を結晶成長するとき、一般的に基板としては化学
的にも安定で、また比較的安価に入手できるサファイア
を用いてきた。しかし、サファイア基板とこのＩｎＧａ
ＡｌＮ混晶系との間には１０％以上の格子不整合が存在
するため、作製した発光素子は発光効率や素子寿命を十
分に向上できない。実際、サファイア基板上に作製した
発光素子では、外部量子効率が０．１２％までのものし
か得られていない（Y. Ohki, Y. Toyoda, H. Kobayash
i, and I. Akasaki, Int. Symp. GaAs and Related Com
pounds. Japan(1881)p479.)。これに比較して、この混
晶系に格子整合する基板材料としては、ＭｎＯ、ＺｎＯ
ＭｇＡｌ2 Ｏ4 、ＭｇＯ等の酸化物材料が挙げられる。
これらの酸化物は比較的結晶性も良く、研磨等の加工が
可能であるため、本混晶系の基板として有用である。ま
た、ＩｎＧａＡｌＮ混晶系は、その構成要素のひとつで
あるＩｎＮが、高い蒸気圧を有するため、窒素源を大量
に供給できるＭＯＶＰＥ法で成長されている。
ＩｎＧａＡｌＮ四元混晶系が有望視されている。従来、
この種の混晶系の構成要素であるＧａＮ、ＩｎＮ、Ａｌ
Ｎ等の二元混晶、或いはＩｎＧａＮやＡｌＧａＮ等の三
元混晶を結晶成長するとき、一般的に基板としては化学
的にも安定で、また比較的安価に入手できるサファイア
を用いてきた。しかし、サファイア基板とこのＩｎＧａ
ＡｌＮ混晶系との間には１０％以上の格子不整合が存在
するため、作製した発光素子は発光効率や素子寿命を十
分に向上できない。実際、サファイア基板上に作製した
発光素子では、外部量子効率が０．１２％までのものし
か得られていない（Y. Ohki, Y. Toyoda, H. Kobayash
i, and I. Akasaki, Int. Symp. GaAs and Related Com
pounds. Japan(1881)p479.)。これに比較して、この混
晶系に格子整合する基板材料としては、ＭｎＯ、ＺｎＯ
ＭｇＡｌ2 Ｏ4 、ＭｇＯ等の酸化物材料が挙げられる。
これらの酸化物は比較的結晶性も良く、研磨等の加工が
可能であるため、本混晶系の基板として有用である。ま
た、ＩｎＧａＡｌＮ混晶系は、その構成要素のひとつで
あるＩｎＮが、高い蒸気圧を有するため、窒素源を大量
に供給できるＭＯＶＰＥ法で成長されている。
【０００３】ここでは、従来例として、基板材料として
ＺｎＯを用いた場合について説明する。図２は、ＺｎＯ
単結晶基板を用いたＭＯＶＰＥ法による成長を表した断
面図である。図において、１はサセプタ、２はＺｎＯ単
結晶基板、３はＩｎX'ＧａY'Ａｌ1-X'-Y'Ｎからなる低
温バッファ層、４はＩｎx Ｇａy Ａｌ1-x-y Ｎ膜であ
る。サセプタ１の上にＺｎＯ単結晶基板２を置き、Ｚｎ
Ｏ単結晶基板２上にＩｎX'ＧａY'Ａｌ1-X'-Y'Ｎ低温バ
ッファ層３を５０ｎｍ成長した後、Ｉｎx Ｇａy Ａｌ
1-x-y Ｎ膜４を成長する。この時の結晶成長温度プロフ
ァイルを図３に示す。窒素源としては、アンモニアが最
も広く使われている。ＺｎＯに格子整合するＩｎX Ｇａ
1-X Ｎ（Ｘ＝０．２２）三元混晶を５００℃で成長した
場合、Ｘ線ロッキングカーブ半値幅は８７分となり、サ
ファイア基板を用いた場合に比べて約２０％減少し、格
子整合による結晶性の向上が確かめられた。
ＺｎＯを用いた場合について説明する。図２は、ＺｎＯ
単結晶基板を用いたＭＯＶＰＥ法による成長を表した断
面図である。図において、１はサセプタ、２はＺｎＯ単
結晶基板、３はＩｎX'ＧａY'Ａｌ1-X'-Y'Ｎからなる低
温バッファ層、４はＩｎx Ｇａy Ａｌ1-x-y Ｎ膜であ
る。サセプタ１の上にＺｎＯ単結晶基板２を置き、Ｚｎ
Ｏ単結晶基板２上にＩｎX'ＧａY'Ａｌ1-X'-Y'Ｎ低温バ
ッファ層３を５０ｎｍ成長した後、Ｉｎx Ｇａy Ａｌ
1-x-y Ｎ膜４を成長する。この時の結晶成長温度プロフ
ァイルを図３に示す。窒素源としては、アンモニアが最
も広く使われている。ＺｎＯに格子整合するＩｎX Ｇａ
1-X Ｎ（Ｘ＝０．２２）三元混晶を５００℃で成長した
場合、Ｘ線ロッキングカーブ半値幅は８７分となり、サ
ファイア基板を用いた場合に比べて約２０％減少し、格
子整合による結晶性の向上が確かめられた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】一般的に、結晶性をさ
らに向上させるには高温成長が必須である。ところが、
一般に上記の酸化物は、高温や還元雰囲気中では不安定
であるという問題を抱えている。例えば、ＺｎＯ基板の
場合、アンモニア雰囲気中で加熱処理すると５００〜６
００℃以上の温度で、その表面が多結晶層に変質してし
まう。これは、アンモニアのような還元雰囲気中で加熱
処理することにより、ＺｎＯ基板中の酸素が引き抜か
れ、さらに極端な場合には表面に窒化物が形成されるこ
とが原因である。ＺｎＯ単結晶基板２を用いてＩｎＧａ
ＡｌＮ四元混晶系を高い温度で成長すると、サセプタ１
に接触しているＺｎＯ単結晶基板２の裏面が溶け出して
変質し、成長した膜の結晶性を劣化させ、高効率、長寿
命の発光素子の形成を困難にしていた。
らに向上させるには高温成長が必須である。ところが、
一般に上記の酸化物は、高温や還元雰囲気中では不安定
であるという問題を抱えている。例えば、ＺｎＯ基板の
場合、アンモニア雰囲気中で加熱処理すると５００〜６
００℃以上の温度で、その表面が多結晶層に変質してし
まう。これは、アンモニアのような還元雰囲気中で加熱
処理することにより、ＺｎＯ基板中の酸素が引き抜か
れ、さらに極端な場合には表面に窒化物が形成されるこ
とが原因である。ＺｎＯ単結晶基板２を用いてＩｎＧａ
ＡｌＮ四元混晶系を高い温度で成長すると、サセプタ１
に接触しているＺｎＯ単結晶基板２の裏面が溶け出して
変質し、成長した膜の結晶性を劣化させ、高効率、長寿
命の発光素子の形成を困難にしていた。
【０００５】ＭｎＯ、ＺｎＯ、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 、ＭｇＯ
及びＣａＯ基板は、高温や還元雰囲気中で結晶性が変質
してしまうため、高い温度における結晶成長が行えず、
その上に成長したＩｎx Ｇａy Ａｌ1-x-y Ｎ膜の結晶性
を向上することができず、したがって、高効率な半導体
発光素子を得ることができなかった。
及びＣａＯ基板は、高温や還元雰囲気中で結晶性が変質
してしまうため、高い温度における結晶成長が行えず、
その上に成長したＩｎx Ｇａy Ａｌ1-x-y Ｎ膜の結晶性
を向上することができず、したがって、高効率な半導体
発光素子を得ることができなかった。
【０００６】本発明の目的は上記の問題点に鑑み、Ｉｎ
x Ｇａy Ａｌ1-x-y Ｎ膜の結晶性を向上させた高効率、
長寿命の半導体発光素子を提供すること、及び、Ｍｎ
Ｏ、ＺｎＯ、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 、ＭｇＯ及びＣａＯ等の酸
化物基板を高温や還元雰囲気中においても基板の結晶性
が劣化しない半導体発光素子の作製方法を提供すること
にある。
x Ｇａy Ａｌ1-x-y Ｎ膜の結晶性を向上させた高効率、
長寿命の半導体発光素子を提供すること、及び、Ｍｎ
Ｏ、ＺｎＯ、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 、ＭｇＯ及びＣａＯ等の酸
化物基板を高温や還元雰囲気中においても基板の結晶性
が劣化しない半導体発光素子の作製方法を提供すること
にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために請求項１では、ＭｎＯ、ＺｎＯ、ＭｇＡｌ
2 Ｏ4 、ＭｇＯ或いはＣａＯの何れかの基板面の第一の
面上に形成されたＩｎX ＧａY Ａｌ1-X-Y Ｎ（０≦Ｘ≦
１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）薄膜層と、該薄膜層
上に形成された少なくとも一層のＩｎX'ＧａY'Ａｌ
1-X'-Y'Ｎ（０≦Ｘ´≦１、０≦Ｙ´≦１、０≦Ｘ´＋
Ｙ´≦１）層を含む半導体発光素子において、前記基板
面のうち少なくとも前記第一の面と対向する第二の面
が、高温或いは還元雰囲気に耐える材料で覆われている
半導体発光素子を提案する。
成するために請求項１では、ＭｎＯ、ＺｎＯ、ＭｇＡｌ
2 Ｏ4 、ＭｇＯ或いはＣａＯの何れかの基板面の第一の
面上に形成されたＩｎX ＧａY Ａｌ1-X-Y Ｎ（０≦Ｘ≦
１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）薄膜層と、該薄膜層
上に形成された少なくとも一層のＩｎX'ＧａY'Ａｌ
1-X'-Y'Ｎ（０≦Ｘ´≦１、０≦Ｙ´≦１、０≦Ｘ´＋
Ｙ´≦１）層を含む半導体発光素子において、前記基板
面のうち少なくとも前記第一の面と対向する第二の面
が、高温或いは還元雰囲気に耐える材料で覆われている
半導体発光素子を提案する。
【０００８】また、請求項２では、請求項１記載の半導
体発光素子において、前記高温或いは還元雰囲気に耐え
る材料としてＳｉＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 、或いはＡｌ2
Ｏ3を用いた半導体発光素子を提案する。
体発光素子において、前記高温或いは還元雰囲気に耐え
る材料としてＳｉＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 、或いはＡｌ2
Ｏ3を用いた半導体発光素子を提案する。
【０００９】また、請求項３では、ＭｎＯ、ＺｎＯ、Ｍ
ｇＡｌ2 Ｏ4 、ＭｇＯ或いはＣａＯの何れかの基板面の
第一の面上に形成されたＩｎX ＧａY Ａｌ1-X-Y Ｎ（０
≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）薄膜層と、該
薄膜層上に形成された少なくとも一層のＩｎX'ＧａY'Ａ
ｌ1-X'-Y'Ｎ（０≦Ｘ´≦１、０≦Ｙ´≦１、０≦Ｘ´
＋Ｙ´≦１）層を含む半導体発光素子の作製方法におい
て、前記基板の第１の面と対向する第二の面上に、高温
或いは還元雰囲気に耐える材料を前記基板が変質しない
条件下で堆積した後、前記ＩｎX ＧａY Ａｌ1-X-Y Ｎ
（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）層を発光
素子形成温度より低温で堆積し、この後発光素子を形成
する半導体発光素子の作製方法を提案する。
ｇＡｌ2 Ｏ4 、ＭｇＯ或いはＣａＯの何れかの基板面の
第一の面上に形成されたＩｎX ＧａY Ａｌ1-X-Y Ｎ（０
≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）薄膜層と、該
薄膜層上に形成された少なくとも一層のＩｎX'ＧａY'Ａ
ｌ1-X'-Y'Ｎ（０≦Ｘ´≦１、０≦Ｙ´≦１、０≦Ｘ´
＋Ｙ´≦１）層を含む半導体発光素子の作製方法におい
て、前記基板の第１の面と対向する第二の面上に、高温
或いは還元雰囲気に耐える材料を前記基板が変質しない
条件下で堆積した後、前記ＩｎX ＧａY Ａｌ1-X-Y Ｎ
（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）層を発光
素子形成温度より低温で堆積し、この後発光素子を形成
する半導体発光素子の作製方法を提案する。
【００１０】さらに、請求項４では、請求項３記載の半
導体発光素子の作製方法において、前記高温或いは還元
雰囲気に耐える材料としてＳｉＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 、
或いはＡｌ2 Ｏ3 を用いた半導体発光素子の作製方法を
提案する。
導体発光素子の作製方法において、前記高温或いは還元
雰囲気に耐える材料としてＳｉＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 、
或いはＡｌ2 Ｏ3 を用いた半導体発光素子の作製方法を
提案する。
【００１１】
【作用】本発明の請求項１によれば、ＭｎＯ、ＺｎＯ、
ＭｇＡｌ2 Ｏ4 、ＭｇＯ或いはＣａＯの何れかの基板面
の第一の面上にＩｎX ＧａY Ａｌ1-X-Y Ｎ（０≦Ｘ≦
１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）薄膜層が形成され、
該薄膜層上に少なくとも一層のＩｎX'ＧａY'Ａｌ
1-X'-Y'Ｎ（０≦Ｘ´≦１、０≦Ｙ´≦１、０≦Ｘ´＋
Ｙ´≦１）層が形成されて半導体発光素子が構成され
る。また、前記基板面のうち少なくとも前記第一の面と
対向する第二の面、即ち素子形成しない面が、高温或い
は還元雰囲気に耐える材料で覆われて、高温における成
長や反応性の強いガスに対して前記基板が保護される。
ＭｇＡｌ2 Ｏ4 、ＭｇＯ或いはＣａＯの何れかの基板面
の第一の面上にＩｎX ＧａY Ａｌ1-X-Y Ｎ（０≦Ｘ≦
１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）薄膜層が形成され、
該薄膜層上に少なくとも一層のＩｎX'ＧａY'Ａｌ
1-X'-Y'Ｎ（０≦Ｘ´≦１、０≦Ｙ´≦１、０≦Ｘ´＋
Ｙ´≦１）層が形成されて半導体発光素子が構成され
る。また、前記基板面のうち少なくとも前記第一の面と
対向する第二の面、即ち素子形成しない面が、高温或い
は還元雰囲気に耐える材料で覆われて、高温における成
長や反応性の強いガスに対して前記基板が保護される。
【００１２】また、請求項２によれば、前記高温或いは
還元雰囲気に耐える材料としてＳｉＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ
4 、或いはＡｌ2 Ｏ3 が用いられる。
還元雰囲気に耐える材料としてＳｉＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ
4 、或いはＡｌ2 Ｏ3 が用いられる。
【００１３】また、請求項３によれば、ＭｎＯ、Ｚｎ
Ｏ、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 、ＭｇＯ或いはＣａＯの何れかの基
板の少なくとも素子形成する第１の面と対向する第２の
面上に、高温或いは還元雰囲気に耐える材料を前記基板
が変質しない条件下で堆積した後、前記基板の第１の面
にＩｎX ＧａY Ａｌ1-X-Y Ｎ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦
１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）薄膜層が発光素子形成温度より低
温で堆積され、この後前記薄膜層上に少なくとも一層の
ＩｎX'ＧａY'Ａｌ1-X'-Y'Ｎ（０≦Ｘ´≦１、０≦Ｙ´
≦１、０≦Ｘ´＋Ｙ´≦１）層が形成されて半導体発光
素子が形成される。
Ｏ、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 、ＭｇＯ或いはＣａＯの何れかの基
板の少なくとも素子形成する第１の面と対向する第２の
面上に、高温或いは還元雰囲気に耐える材料を前記基板
が変質しない条件下で堆積した後、前記基板の第１の面
にＩｎX ＧａY Ａｌ1-X-Y Ｎ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦
１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）薄膜層が発光素子形成温度より低
温で堆積され、この後前記薄膜層上に少なくとも一層の
ＩｎX'ＧａY'Ａｌ1-X'-Y'Ｎ（０≦Ｘ´≦１、０≦Ｙ´
≦１、０≦Ｘ´＋Ｙ´≦１）層が形成されて半導体発光
素子が形成される。
【００１４】さらに、請求項４によれば、前記高温或い
は還元雰囲気に耐える材料としてＳｉＳｉＯ2 、Ｓｉ3
Ｎ4 、或いはＡｌ2 Ｏ3 が用いられる。
は還元雰囲気に耐える材料としてＳｉＳｉＯ2 、Ｓｉ3
Ｎ4 、或いはＡｌ2 Ｏ3 が用いられる。
【００１５】
【実施例】図１は本発明の第一の実施例における半導体
発光素子の要部を説明する断面図であり、ＳｉＯ2 を保
護膜として付けているＺｎＯ単結晶基板を用いたＭＯＶ
ＰＥ法によるＩｎＧａＡｌ四元混晶系結晶の成長を表し
た断面図である。図において、前述した従来例と同一構
成部分は同一符号をもって表す。また、従来例と第１の
実施例との相違点はＺｎＯ単結晶基板２の裏面及び側面
にＳｉＯ2 膜５を形成したことにある。即ち、１はサセ
プタ、２はＺｎＯ単結晶基板、３はＩｎX'ＧａY'Ａｌ
1-X'-Y'Ｎからなる低温バッファ層、４はＩｎx Ｇａy
Ａｌ1-x-y Ｎ膜、５はＳｉＯ2 膜である。
発光素子の要部を説明する断面図であり、ＳｉＯ2 を保
護膜として付けているＺｎＯ単結晶基板を用いたＭＯＶ
ＰＥ法によるＩｎＧａＡｌ四元混晶系結晶の成長を表し
た断面図である。図において、前述した従来例と同一構
成部分は同一符号をもって表す。また、従来例と第１の
実施例との相違点はＺｎＯ単結晶基板２の裏面及び側面
にＳｉＯ2 膜５を形成したことにある。即ち、１はサセ
プタ、２はＺｎＯ単結晶基板、３はＩｎX'ＧａY'Ａｌ
1-X'-Y'Ｎからなる低温バッファ層、４はＩｎx Ｇａy
Ａｌ1-x-y Ｎ膜、５はＳｉＯ2 膜である。
【００１６】本実施例では、結晶成長する前にＺｎＯ単
結晶基板２の表面加工歪を除去するため、ウェットエッ
チングを行った。この際、エッチャントは濃度３６％を
塩酸を用い、１０秒間で０．１μｍエッチングを行う。
次に，ＺｎＯ単結晶基板２の裏面及び基板側面にＳｉＯ
2 膜５をマグネトロンスパッタ法で蒸着する。ＳｉＯ2
膜５の成長条件は、背圧１．６×１０-6ｔｏｒｒ、Ａｒ
圧５．０×１０-4ｔｏｒｒ、スパッタ圧０．１５ｔｏｒ
ｒとし、８分間プレスパッタを行った後、７５分間本ス
パッタを行った。また、ＳｉＯ2 膜５の膜厚は１．２μ
ｍとした。この後、サセプタ１の上に、ＳｉＯ2 膜５を
形成したＺｎＯ単結晶基板２を置き、ノズルから原料を
ＺｎＯ単結晶基板２上に吹き付けＩｎX'ＧａY'Ａｌ
1-X-Y'Ｎバッファ層３を成長する。このときの温度は５
００℃、Ｖ／III比は７５００、反応管圧力は７６ｔｏ
ｒｒ、III族原料はトリメチルインジウム、トリエチル
ガリウム、トリメチルアルミニウムで、これらの流量は
それぞれ、４μｍｏｌ／ｍｉｎ、５３μｍｏｌ／ｍｉ
ｎ、４μｍｏｌ／ｍｉｎである。Ｖ族原料はアンモニア
で、流量は１０ｓｌｍである。また、ＺｎＯ単結晶基板
２の表面とアンモニアとの反応を極力避けるため、アン
モニアは成長直前から流し始め、反応管圧力が安定した
後、III族原料を流す。ここで、ＩｎX'ＧａY'Ａｌ
1-X'-Y'Ｎバッファ層３を０．０２μｍ成長する。この
ようにＺｎＯ単結晶基板２の表面を保護した後、徐々に
成長温度を上げていき８００℃となったところで、Ｉｎ
x Ｇａy Ａｌ1-x-yＮ膜４を成長する。Ｉｎx Ｇａy Ａ
ｌ1-x-y Ｎ膜４の成長時間は１時間で、膜厚は０．２μ
ｍである。また、成長時におけるＶ／III比は１５００
０、反応管圧力は７６ｔｏｒｒ、アンモニア流量は２０
ｓｌｍである。
結晶基板２の表面加工歪を除去するため、ウェットエッ
チングを行った。この際、エッチャントは濃度３６％を
塩酸を用い、１０秒間で０．１μｍエッチングを行う。
次に，ＺｎＯ単結晶基板２の裏面及び基板側面にＳｉＯ
2 膜５をマグネトロンスパッタ法で蒸着する。ＳｉＯ2
膜５の成長条件は、背圧１．６×１０-6ｔｏｒｒ、Ａｒ
圧５．０×１０-4ｔｏｒｒ、スパッタ圧０．１５ｔｏｒ
ｒとし、８分間プレスパッタを行った後、７５分間本ス
パッタを行った。また、ＳｉＯ2 膜５の膜厚は１．２μ
ｍとした。この後、サセプタ１の上に、ＳｉＯ2 膜５を
形成したＺｎＯ単結晶基板２を置き、ノズルから原料を
ＺｎＯ単結晶基板２上に吹き付けＩｎX'ＧａY'Ａｌ
1-X-Y'Ｎバッファ層３を成長する。このときの温度は５
００℃、Ｖ／III比は７５００、反応管圧力は７６ｔｏ
ｒｒ、III族原料はトリメチルインジウム、トリエチル
ガリウム、トリメチルアルミニウムで、これらの流量は
それぞれ、４μｍｏｌ／ｍｉｎ、５３μｍｏｌ／ｍｉ
ｎ、４μｍｏｌ／ｍｉｎである。Ｖ族原料はアンモニア
で、流量は１０ｓｌｍである。また、ＺｎＯ単結晶基板
２の表面とアンモニアとの反応を極力避けるため、アン
モニアは成長直前から流し始め、反応管圧力が安定した
後、III族原料を流す。ここで、ＩｎX'ＧａY'Ａｌ
1-X'-Y'Ｎバッファ層３を０．０２μｍ成長する。この
ようにＺｎＯ単結晶基板２の表面を保護した後、徐々に
成長温度を上げていき８００℃となったところで、Ｉｎ
x Ｇａy Ａｌ1-x-yＮ膜４を成長する。Ｉｎx Ｇａy Ａ
ｌ1-x-y Ｎ膜４の成長時間は１時間で、膜厚は０．２μ
ｍである。また、成長時におけるＶ／III比は１５００
０、反応管圧力は７６ｔｏｒｒ、アンモニア流量は２０
ｓｌｍである。
【００１７】ＺｎＯ単結晶基板２に格子整合させて成長
したＩｎx Ｇａ1-x Ｎの場合、８００℃で成長すると、
結晶性は大幅に向上し、Ｘ線ロッキングカーブ半値幅は
２０分であった。また、サファイア基板上で８００℃で
成長した場合と比べても、Ｘ線ロッキングカーブ半値幅
において３０％近い結晶性の改善がみられた。また、保
護膜としてＳｉＯ2 膜５を付けたＺｎＯ単結晶基板２
は、８００℃における成長においても、変質することは
なかった。
したＩｎx Ｇａ1-x Ｎの場合、８００℃で成長すると、
結晶性は大幅に向上し、Ｘ線ロッキングカーブ半値幅は
２０分であった。また、サファイア基板上で８００℃で
成長した場合と比べても、Ｘ線ロッキングカーブ半値幅
において３０％近い結晶性の改善がみられた。また、保
護膜としてＳｉＯ2 膜５を付けたＺｎＯ単結晶基板２
は、８００℃における成長においても、変質することは
なかった。
【００１８】前述した方法で四元混晶系結晶を成長する
ことにより、ＺｎＯ基板２をアンモニア雰囲気中で加熱
処理しても、ＺｎＯ基板２中の酸素が引き抜かれたり、
表面に窒化物が形成されることがないので、ＺｎＯ基板
２の表面が多結晶層に変質することがない。
ことにより、ＺｎＯ基板２をアンモニア雰囲気中で加熱
処理しても、ＺｎＯ基板２中の酸素が引き抜かれたり、
表面に窒化物が形成されることがないので、ＺｎＯ基板
２の表面が多結晶層に変質することがない。
【００１９】従って、ＺｎＯ単結晶基板２を用いてＩｎ
ＧａＡｌＮ四元混晶系を高い温度で成長することができ
ると共に、成長した膜の結晶性を劣化させることがな
く、高効率、長寿命の半導体発光素子を形成することが
できる。
ＧａＡｌＮ四元混晶系を高い温度で成長することができ
ると共に、成長した膜の結晶性を劣化させることがな
く、高効率、長寿命の半導体発光素子を形成することが
できる。
【００２０】次に、本発明の第２の実施例を説明する。
図４は、第２の実施例における半導体発光素子を示す断
面図であり、ｐｎ接合を有する発光ダイオードに関する
例である。本図は、電流の流れる方向に平行な面で切断
した発光ダイオードの断面図で、本素子の構造はダブル
ヘテロ構造である。
図４は、第２の実施例における半導体発光素子を示す断
面図であり、ｐｎ接合を有する発光ダイオードに関する
例である。本図は、電流の流れる方向に平行な面で切断
した発光ダイオードの断面図で、本素子の構造はダブル
ヘテロ構造である。
【００２１】図において、１１は厚さ３５０μｍのＩｎ
をドープした導電性ＺｎＯ基板、１２は基板１１の素子
形成をしない面に第１の実施例と同様の条件で蒸着され
たＳｉＯ2 保護膜、１３はＺｎＯ基板１１の上面に成長
させたＩｎX'ＧａY'Ａｌ1-X' -Y'Ｎバッファ層、１４は
ＩｎX'ＧａY'Ａｌ1-X'-Y'Ｎバッファ層１３の上面に成
長させた膜厚３μｍのＳｎドープｎ−Ｉｎx Ｇａy Ａｌ
1-x-y Ｎクラッド層、１５はクラッド層１４上に形成さ
れた膜厚０．５μｍのｉ−ＩｎX Ｇａ1-X Ｎ活性層であ
る。また、１６は活性層１５上に形成された膜厚２μｍ
のＺｎドープｐ−Ｉｎx Ｇａy Ａｌ1-x-y Ｎクラッド
層、１７はクラッド層１６上に形成されたＳｉＯ2 電流
狭搾層、１８はＡｕ−Ｚｎ−Ｎｉからなるｐ型クラッド
層１６のオーミック電極、１９はＡｕ−Ｇｅ−Ｎｉから
なるｎ型クラッド層１４のオーミック電極、２０，２１
のそれそれはオーミック電極１８，１９上に形成された
金メッキ層である。
をドープした導電性ＺｎＯ基板、１２は基板１１の素子
形成をしない面に第１の実施例と同様の条件で蒸着され
たＳｉＯ2 保護膜、１３はＺｎＯ基板１１の上面に成長
させたＩｎX'ＧａY'Ａｌ1-X' -Y'Ｎバッファ層、１４は
ＩｎX'ＧａY'Ａｌ1-X'-Y'Ｎバッファ層１３の上面に成
長させた膜厚３μｍのＳｎドープｎ−Ｉｎx Ｇａy Ａｌ
1-x-y Ｎクラッド層、１５はクラッド層１４上に形成さ
れた膜厚０．５μｍのｉ−ＩｎX Ｇａ1-X Ｎ活性層であ
る。また、１６は活性層１５上に形成された膜厚２μｍ
のＺｎドープｐ−Ｉｎx Ｇａy Ａｌ1-x-y Ｎクラッド
層、１７はクラッド層１６上に形成されたＳｉＯ2 電流
狭搾層、１８はＡｕ−Ｚｎ−Ｎｉからなるｐ型クラッド
層１６のオーミック電極、１９はＡｕ−Ｇｅ−Ｎｉから
なるｎ型クラッド層１４のオーミック電極、２０，２１
のそれそれはオーミック電極１８，１９上に形成された
金メッキ層である。
【００２２】ＺｎＯ基板１１と上記各層の格子整合条件
を満たし、かつ、クラッド層のバンドギャップエネルギ
を活性層より０．３ｅＶ高くなるようクラッド層と活性
層の組成を、それぞれ、Ｉｎ0.28Ｇａ0.39Ａｌ0.33Ｎ、
Ｉｎ0.23Ｇａ0.72Ｎとした。
を満たし、かつ、クラッド層のバンドギャップエネルギ
を活性層より０．３ｅＶ高くなるようクラッド層と活性
層の組成を、それぞれ、Ｉｎ0.28Ｇａ0.39Ａｌ0.33Ｎ、
Ｉｎ0.23Ｇａ0.72Ｎとした。
【００２３】図５は、第２の実施例における発光特性を
示す図であり、横軸は注入電流を、また縦軸は光出力を
それぞれ表している。ここでは、電極上の金メッキ２
０，２１にそれぞれ負と正の電圧を印加することによ
り、活性層に電子と正孔を注入した。その結果、波長４
５０ｎｍの青色発光を観測した。このときの最大光出力
は８ｍＷ、外部微分量子効率は１．６％であった。
示す図であり、横軸は注入電流を、また縦軸は光出力を
それぞれ表している。ここでは、電極上の金メッキ２
０，２１にそれぞれ負と正の電圧を印加することによ
り、活性層に電子と正孔を注入した。その結果、波長４
５０ｎｍの青色発光を観測した。このときの最大光出力
は８ｍＷ、外部微分量子効率は１．６％であった。
【００２４】前述したように本実施例によれば、ＺｎＯ
単結晶基板１１を用いてＩｎＧａＡｌＮ四元混晶系を高
い温度で成長することができると共に、成長した膜の結
晶性を劣化させることがなく、高効率、長寿命の半導体
発光素子を形成することができる。
単結晶基板１１を用いてＩｎＧａＡｌＮ四元混晶系を高
い温度で成長することができると共に、成長した膜の結
晶性を劣化させることがなく、高効率、長寿命の半導体
発光素子を形成することができる。
【００２５】尚、第１及び第２の実施例では、保護膜
５，１２の形成材料としてＳｉＯ2 を用いたが、Ｓｉ、
Ａｌ2 Ｏ3 、Ｓｉ3 Ｎ4 等を用いてもよい。また、結晶
成長法はＭＯＶＰＥ法としたが、ＭＢＥ、ＬＰＥ、クロ
ライドＶＰＥ、電子ビーム蒸着、スパッタリング等の他
の成長方法でもよいことはいうまでもないことである。
５，１２の形成材料としてＳｉＯ2 を用いたが、Ｓｉ、
Ａｌ2 Ｏ3 、Ｓｉ3 Ｎ4 等を用いてもよい。また、結晶
成長法はＭＯＶＰＥ法としたが、ＭＢＥ、ＬＰＥ、クロ
ライドＶＰＥ、電子ビーム蒸着、スパッタリング等の他
の成長方法でもよいことはいうまでもないことである。
【００２６】さらに、第１及び第２の実施例では、基板
としてＺｎＯを用いたものについて述べたが、ＭｎＯ、
ＭｇＡｌ2 Ｏ4 、ＭｇＯあるいはＣａＯを基板として使
用してもよい。
としてＺｎＯを用いたものについて述べたが、ＭｎＯ、
ＭｇＡｌ2 Ｏ4 、ＭｇＯあるいはＣａＯを基板として使
用してもよい。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１に
よる半導体発光素子は、素子形成しない面を高温あるい
は還元雰囲気に絶える材料で保護したＭｎＯ、ＺｎＯ、
ＭｇＡｌ2 Ｏ4 、ＭｇＯ及びＣａＯ等の酸化物基板のい
ずれかの基板上にＩｎX ＧａYＡｌ1-X-Y Ｎ（０≦Ｘ≦
１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）層を形成することを
特徴としており、これによって、高温における成長や反
応性の強いガスを使用することが可能になり、従来あっ
た素子形成、特に結晶成長時の制限がなくなると共に、
素子作製工程の自由度が大きくなり、高性能な発光素子
を構成することができる。
よる半導体発光素子は、素子形成しない面を高温あるい
は還元雰囲気に絶える材料で保護したＭｎＯ、ＺｎＯ、
ＭｇＡｌ2 Ｏ4 、ＭｇＯ及びＣａＯ等の酸化物基板のい
ずれかの基板上にＩｎX ＧａYＡｌ1-X-Y Ｎ（０≦Ｘ≦
１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）層を形成することを
特徴としており、これによって、高温における成長や反
応性の強いガスを使用することが可能になり、従来あっ
た素子形成、特に結晶成長時の制限がなくなると共に、
素子作製工程の自由度が大きくなり、高性能な発光素子
を構成することができる。
【００２８】また、請求項２によれば、上記の効果に加
えて、前記高温或いは還元雰囲気に耐える材料としてＳ
ｉＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 、或いはＡｌ2 Ｏ3 を用いるこ
とにより、容易に保護膜を形成することができる。
えて、前記高温或いは還元雰囲気に耐える材料としてＳ
ｉＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 、或いはＡｌ2 Ｏ3 を用いるこ
とにより、容易に保護膜を形成することができる。
【００２９】また、請求項３の半導体発光素子の作製方
法によれば、ＭｎＯ、ＺｎＯ、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 、ＭｇＯ
及びＣａＯ等の酸化物基板の素子形成しない面を高温あ
るいは還元雰囲気に絶える材料で保護した後、該基板上
にＩｎX ＧａY Ａｌ1-X-Y Ｎ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦
１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）層を形成することを特徴としてお
り、これによって、高温における成長や反応性の強いガ
スを使用することが可能になり、従来あった素子形成、
特に結晶成長時の制限がなくなると共に、素子作製工程
の自由度が大きくなり、高性能な発光素子を作製でき
る。
法によれば、ＭｎＯ、ＺｎＯ、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 、ＭｇＯ
及びＣａＯ等の酸化物基板の素子形成しない面を高温あ
るいは還元雰囲気に絶える材料で保護した後、該基板上
にＩｎX ＧａY Ａｌ1-X-Y Ｎ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦
１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）層を形成することを特徴としてお
り、これによって、高温における成長や反応性の強いガ
スを使用することが可能になり、従来あった素子形成、
特に結晶成長時の制限がなくなると共に、素子作製工程
の自由度が大きくなり、高性能な発光素子を作製でき
る。
【００３０】さらに、請求項４によれば上記の効果に加
えて、前記高温或いは還元雰囲気に耐える材料としてＳ
ｉＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 、或いはＡｌ2 Ｏ3 を用いるこ
とにより、容易に保護膜を形成することができる。
えて、前記高温或いは還元雰囲気に耐える材料としてＳ
ｉＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 、或いはＡｌ2 Ｏ3 を用いるこ
とにより、容易に保護膜を形成することができる。
【図１】本発明の第１の実施例における、ＳｉＯ2 を保
護膜としたＺｎＯ単結晶基板上に形成されたＩｎx Ｇａ
y Ａｌ1-x-y Ｎ膜の断面図
護膜としたＺｎＯ単結晶基板上に形成されたＩｎx Ｇａ
y Ａｌ1-x-y Ｎ膜の断面図
【図２】従来例におけるのＺｎＯ単結晶基板上に形成さ
れたＩｎx Ｇａy Ａｌ1-x-y Ｎ膜の断面図
れたＩｎx Ｇａy Ａｌ1-x-y Ｎ膜の断面図
【図３】従来例の成長温度プロファイル
【図４】本発明の第２の実施例における、ＳｉＯ2 を保
護膜としたＺｎＯ単結晶基板上に形成された半導体発光
素子の断面図
護膜としたＺｎＯ単結晶基板上に形成された半導体発光
素子の断面図
【図５】本発明の第２の実施例における半導体発光素子
のＬ−Ｌ特性を示す図
のＬ−Ｌ特性を示す図
１…サセプタ、２…ＺｎＯ単結晶基板、３…ＩｎX'Ｇａ
Y'Ａｌ1-X'-Y'Ｎバッファ層、４…Ｉｎx Ｇａy Ａｌ
1-x-y Ｎ膜、５…ＳｉＯ2 保護膜、１１…ＺｎＯ単結晶
基板、１２…ＳｉＯ2 保護膜、１３…Ｉｎx Ｇａy Ａｌ
1-x-y Ｎ低温バッファ層、１４…ｎ−Ｉｎx Ｇａy Ａｌ
1-x-y Ｎクラッド層、１５…ｉ−ＩｎX Ｇａ1-X Ｎ活性
層、１６…ｐ−Ｉｎx Ｇａy Ａｌ1-x-y Ｎクラッド層、
１７…ＳｉＯ2 電流狭搾層、１８…ｐ側オーミック電
極、１９…ｎ側オーミック電極、２０，２１…金メッ
キ。
Y'Ａｌ1-X'-Y'Ｎバッファ層、４…Ｉｎx Ｇａy Ａｌ
1-x-y Ｎ膜、５…ＳｉＯ2 保護膜、１１…ＺｎＯ単結晶
基板、１２…ＳｉＯ2 保護膜、１３…Ｉｎx Ｇａy Ａｌ
1-x-y Ｎ低温バッファ層、１４…ｎ−Ｉｎx Ｇａy Ａｌ
1-x-y Ｎクラッド層、１５…ｉ−ＩｎX Ｇａ1-X Ｎ活性
層、１６…ｐ−Ｉｎx Ｇａy Ａｌ1-x-y Ｎクラッド層、
１７…ＳｉＯ2 電流狭搾層、１８…ｐ側オーミック電
極、１９…ｎ側オーミック電極、２０，２１…金メッ
キ。
Claims (4)
- 【請求項１】 ＭｎＯ、ＺｎＯ、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 、Ｍｇ
Ｏ或いはＣａＯの何れかの基板面の第一の面上に形成さ
れたＩｎX ＧａY Ａｌ1-X-Y Ｎ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦
１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）薄膜層と、該薄膜層上に形成され
た少なくとも一層のＩｎX'ＧａY'Ａｌ1-X'-Y'Ｎ（０≦
Ｘ´≦１、０≦Ｙ´≦１、０≦Ｘ´＋Ｙ´≦１）層を含
む半導体発光素子において、 前記基板面のうち少なくとも前記第一の面と対向する第
二の面が、高温或いは還元雰囲気に耐える材料で覆われ
ている、 ことを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項２】 前記高温或いは還元雰囲気に耐える材料
としてＳｉＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 、或いはＡｌ2 Ｏ3 を
用いたことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素
子。 - 【請求項３】 ＭｎＯ、ＺｎＯ、ＭｇＡｌ2 Ｏ4 、Ｍｇ
Ｏ或いはＣａＯの何れかの基板面の第一の面上に形成さ
れたＩｎX ＧａY Ａｌ1-X-Y Ｎ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦
１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）薄膜層と、該薄膜層上に形成され
た少なくとも一層のＩｎX'ＧａY'Ａｌ1-X-Y'Ｎ（０≦Ｘ
´≦１、０≦Ｙ´≦１、０≦Ｘ´＋Ｙ´≦１）層を含む
半導体発光素子の作製方法において、 前記基板の第１の面と対向する第二の面上に、高温或い
は還元雰囲気に耐える材料を前記基板が変質しない条件
下で堆積した後、前記ＩｎX ＧａY Ａｌ1-X-YＮ（０≦
Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）層を発光素子形
成温度より低温で堆積し、この後発光素子を形成する、 ことを特徴とする半導体発光素子の作製方法。 - 【請求項４】 前記高温或いは還元雰囲気に耐える材料
としてＳｉＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 、或いはＡｌ2 Ｏ3 を
用いたことを特徴とする請求項３記載の半導体発光素子
の作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21150192A JPH0661527A (ja) | 1992-08-07 | 1992-08-07 | 半導体発光素子及びその作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21150192A JPH0661527A (ja) | 1992-08-07 | 1992-08-07 | 半導体発光素子及びその作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0661527A true JPH0661527A (ja) | 1994-03-04 |
Family
ID=16606989
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21150192A Pending JPH0661527A (ja) | 1992-08-07 | 1992-08-07 | 半導体発光素子及びその作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0661527A (ja) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19603782A1 (de) * | 1995-02-03 | 1996-08-08 | Sumitomo Chemical Co | III-V Halbleiterstruktur, Verfahren zu ihrer Herstellung und lichtemittierendes Element |
| JPH1145892A (ja) * | 1997-05-28 | 1999-02-16 | Sony Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
| US6388323B1 (en) | 1994-02-28 | 2002-05-14 | Sumitomo Chemical Co., Ltd. | Electrode material and electrode for III-V group compound semiconductor |
| JP2005223298A (ja) * | 2004-02-09 | 2005-08-18 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 窒化物半導体素子、および窒化物半導体素子を形成する方法 |
| WO2006121000A1 (ja) * | 2005-05-09 | 2006-11-16 | Rohm Co., Ltd. | 窒化物半導体素子およびその製法 |
| JP2007019526A (ja) * | 2006-08-11 | 2007-01-25 | Rohm Co Ltd | 窒化物半導体素子の製法 |
| WO2007060931A1 (ja) * | 2005-11-22 | 2007-05-31 | Rohm Co., Ltd. | 窒化物半導体素子 |
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| JP2008066550A (ja) * | 2006-09-08 | 2008-03-21 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法 |
| JP2008135768A (ja) * | 2007-12-28 | 2008-06-12 | Sony Corp | 窒化物系ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体層の成長方法および半導体装置の製造方法 |
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| JP2009238803A (ja) * | 2008-03-26 | 2009-10-15 | Furukawa Electric Co Ltd:The | ＧａＮ系半導体基板、その製造方法および半導体素子 |
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| CN105405945A (zh) * | 2015-10-28 | 2016-03-16 | 聚灿光电科技股份有限公司 | 一种复合衬底及利用其制备GaN基LED的方法 |
-
1992
- 1992-08-07 JP JP21150192A patent/JPH0661527A/ja active Pending
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