JPH08125221A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JPH08125221A JPH08125221A JP25374094A JP25374094A JPH08125221A JP H08125221 A JPH08125221 A JP H08125221A JP 25374094 A JP25374094 A JP 25374094A JP 25374094 A JP25374094 A JP 25374094A JP H08125221 A JPH08125221 A JP H08125221A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 電極形成及び半導体レーザの共振器形成を簡
単に行うことができ、しかも高品質な窒化物半導体薄膜
により発光領域が構成された、発光ダイオードおよび半
導体レーザのいずれにも適用できる素子構造を有する半
導体発光素子を提供する。 【構成】 発光領域を含む半導体積層構造１１０ａを形
成するための基板として、導電性基板であるＧａＰ基板
１００を用い、しかも、ウルツ鉱型結晶と同様の六回対
称性を有するＧａＰ基板の（１１１）面上に、上記半導
体積層構造１１０ａを構成する窒化物半導体層１０２な
いし１０６を形成した。
単に行うことができ、しかも高品質な窒化物半導体薄膜
により発光領域が構成された、発光ダイオードおよび半
導体レーザのいずれにも適用できる素子構造を有する半
導体発光素子を提供する。 【構成】 発光領域を含む半導体積層構造１１０ａを形
成するための基板として、導電性基板であるＧａＰ基板
１００を用い、しかも、ウルツ鉱型結晶と同様の六回対
称性を有するＧａＰ基板の（１１１）面上に、上記半導
体積層構造１１０ａを構成する窒化物半導体層１０２な
いし１０６を形成した。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、赤色光から紫外光まで
の範囲の発光波長を有する半導体発光素子に関し、特
に、発光領域として、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ等の金属材料の
窒化物からなる半導体薄膜を有するものに関する。
の範囲の発光波長を有する半導体発光素子に関し、特
に、発光領域として、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ等の金属材料の
窒化物からなる半導体薄膜を有するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、窒素ＮをＶ族元素とするＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体はエネルギーギャップが広いことから
可視および紫外域の発光材料として注目されており、現
在、発光領域をＧａＩｎＮで構成した青色発光ダイオー
ドが実用化されている。ちなみに、ＡｌＮは６．２８ｅ
Ｖ、ＧａＮは３．３９ｅＶ、ＩｎＮは１．９５ｅＶのエ
ネルギーギャップを有する。
Ｖ族化合物半導体はエネルギーギャップが広いことから
可視および紫外域の発光材料として注目されており、現
在、発光領域をＧａＩｎＮで構成した青色発光ダイオー
ドが実用化されている。ちなみに、ＡｌＮは６．２８ｅ
Ｖ、ＧａＮは３．３９ｅＶ、ＩｎＮは１．９５ｅＶのエ
ネルギーギャップを有する。
【０００３】図５は、従来の青色発光ダイオードの断面
構造を示している。図において、２００ａは青色発光ダ
イオードで、これは、サファイア基板２００上にＧａＮ
バッファ層２０１を介して形成された半導体積層構造２
１０を有している。
構造を示している。図において、２００ａは青色発光ダ
イオードで、これは、サファイア基板２００上にＧａＮ
バッファ層２０１を介して形成された半導体積層構造２
１０を有している。
【０００４】この半導体積層構造２１０は、該バッファ
層２０１上にｎ型ＧａＮ層２０２、ｎ型ＡｌＧａＮクラ
ッド層２０３、亜鉛ドープＧａＩｎＮ活性層２０４、ｐ
型ＡｌＧａＮクラッド層２０５、及びｐ型ＧａＮキャッ
プ層２０６を積層した構造となっている。
層２０１上にｎ型ＧａＮ層２０２、ｎ型ＡｌＧａＮクラ
ッド層２０３、亜鉛ドープＧａＩｎＮ活性層２０４、ｐ
型ＡｌＧａＮクラッド層２０５、及びｐ型ＧａＮキャッ
プ層２０６を積層した構造となっている。
【０００５】ここで、上記ｎ型ＧａＮ層２０２はその一
部が露出しており、この露出部分にｎ型電極２０７が形
成されている。また、ｐ型電極２０８は上記ｐ型ＧａＮ
キャップ層２０６の表面上に形成されている。
部が露出しており、この露出部分にｎ型電極２０７が形
成されている。また、ｐ型電極２０８は上記ｐ型ＧａＮ
キャップ層２０６の表面上に形成されている。
【０００６】次に、製造方法について簡単に説明する。
【０００７】まず、サファイア基板２００上に、トリメ
チルガリウム及びアンモニアを原料として有機金属気相
成長法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐ
ｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）（以下、ＭＯＶＰＥ法と略
記する。）により、ＧａＮバッファ層２０１を成長す
る。
チルガリウム及びアンモニアを原料として有機金属気相
成長法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐ
ｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）（以下、ＭＯＶＰＥ法と略
記する。）により、ＧａＮバッファ層２０１を成長す
る。
【０００８】続いて、その上に、同様にＭＯＶＰＥ法に
よりｎ型ＧａＮ層２０２、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２
０３、亜鉛ドープＧａＩｎＮ活性層２０４、ｐ型ＡｌＧ
ａＮクラッド層２０５、ｐ型ＧａＮキャップ層２０６を
順次形成する。ここで、ＩＩＩ族元素原料としてはトリ
メチルアルミニウム、トリメチルインジウムを使用し、
ドーピング原料には、モノシラン（ｎ型）、ビスシクロ
ペンタジエニルマグネシウム（ｐ型）、ジエチル亜鉛を
使用する。
よりｎ型ＧａＮ層２０２、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２
０３、亜鉛ドープＧａＩｎＮ活性層２０４、ｐ型ＡｌＧ
ａＮクラッド層２０５、ｐ型ＧａＮキャップ層２０６を
順次形成する。ここで、ＩＩＩ族元素原料としてはトリ
メチルアルミニウム、トリメチルインジウムを使用し、
ドーピング原料には、モノシラン（ｎ型）、ビスシクロ
ペンタジエニルマグネシウム（ｐ型）、ジエチル亜鉛を
使用する。
【０００９】その後、ｐ型不純物であるマグネシウムの
活性化のため、窒素雰囲気下７００℃での熱処理を行
う。
活性化のため、窒素雰囲気下７００℃での熱処理を行
う。
【００１０】さらに、最表面のキャップ層２０６からｎ
型ＧａＮ層２０２までの各半導体層を選択的にエッチン
グして、上記ｎ型ＧａＮ層２０２の一部を露出させ、該
ｎ型ＧａＮ層２０２の露出部上にｎ型電極２０７を形成
する。また、ｐ型ＧａＮキャップ層２０６上にはｐ型電
極２０８を形成する。これにより発光ダイオード２００
ａを完成する。
型ＧａＮ層２０２までの各半導体層を選択的にエッチン
グして、上記ｎ型ＧａＮ層２０２の一部を露出させ、該
ｎ型ＧａＮ層２０２の露出部上にｎ型電極２０７を形成
する。また、ｐ型ＧａＮキャップ層２０６上にはｐ型電
極２０８を形成する。これにより発光ダイオード２００
ａを完成する。
【００１１】このようにして作製された発光ダイオード
２００ａでは、亜鉛ドープＧａＩｎＮ活性層２０４から
の明るい４５０ｎｍの青色発光を得ることができる。
２００ａでは、亜鉛ドープＧａＩｎＮ活性層２０４から
の明るい４５０ｎｍの青色発光を得ることができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の青色
発光ダイオードでは、基板として用いるサファイアが絶
縁体であるために、基板側の電極２０７は、図５に示す
ように、バッファ層２０１上の半導体層２０２の一部を
エッチングにより露出させ、この露出部分に設ける必要
があり、発光ダイオードの製造工程が複雑になるという
問題がある。
発光ダイオードでは、基板として用いるサファイアが絶
縁体であるために、基板側の電極２０７は、図５に示す
ように、バッファ層２０１上の半導体層２０２の一部を
エッチングにより露出させ、この露出部分に設ける必要
があり、発光ダイオードの製造工程が複雑になるという
問題がある。
【００１３】さらに、半導体レーザの作製プロセスで
は、共振器の形成が不可欠であるが、サファイア基板を
用いた場合には、現行の半導体レーザの製造方法で確立
されている劈開による共振器形成が不可能であり、この
ため、共振器の作製はエッチング加工により行わなけれ
ばならない。しかし、エッチング加工による共振器面の
形成技術は確立したものではなく、また、特殊な装置を
必要とするので工程がさらに複雑なものとなる。
は、共振器の形成が不可欠であるが、サファイア基板を
用いた場合には、現行の半導体レーザの製造方法で確立
されている劈開による共振器形成が不可能であり、この
ため、共振器の作製はエッチング加工により行わなけれ
ばならない。しかし、エッチング加工による共振器面の
形成技術は確立したものではなく、また、特殊な装置を
必要とするので工程がさらに複雑なものとなる。
【００１４】そこで、このようなサファイア基板を用い
た発光素子の製造プロセスにおける問題点を解決するた
めに、ＳｉまたはＧａＡｓという導電性のある半導体基
板を使用する方法が試みられている。
た発光素子の製造プロセスにおける問題点を解決するた
めに、ＳｉまたはＧａＡｓという導電性のある半導体基
板を使用する方法が試みられている。
【００１５】しかしながら、ＧａＡｓ基板を用いた場合
には、発光領域としての活性層２０４の構成材料である
窒化物（例えばＧａＮ）と、基板の構成材料であるＧａ
Ａｓとの格子不整合率は、約２６％と大きなものとな
り、高品質な窒化物半導体層が得られないという問題が
ある。
には、発光領域としての活性層２０４の構成材料である
窒化物（例えばＧａＮ）と、基板の構成材料であるＧａ
Ａｓとの格子不整合率は、約２６％と大きなものとな
り、高品質な窒化物半導体層が得られないという問題が
ある。
【００１６】また、Ｓｉ基板を用いた場合には、Ｓｉと
窒化物（例えばＧａＮ）との格子不整合率は約２１％と
いうように、ＧａＡｓ基板の場合に比べるとやや小さい
ものの、基板の劈開が困難であり、半導体レーザの基板
としてＳｉ基板を用いると、劈開によって共振器を形成
することが不可能となってしまう。
窒化物（例えばＧａＮ）との格子不整合率は約２１％と
いうように、ＧａＡｓ基板の場合に比べるとやや小さい
ものの、基板の劈開が困難であり、半導体レーザの基板
としてＳｉ基板を用いると、劈開によって共振器を形成
することが不可能となってしまう。
【００１７】本発明は、上記のような従来の問題点を解
決するためになされたものであり、電極形成及び半導体
レーザの共振器形成を簡単に行うことができ、しかも高
品質な窒化物半導体薄膜により発光領域が構成された、
発光ダイオードおよび半導体レーザのいずれにも適用で
きる素子構造を有する半導体発光素子を得ることが本発
明の目的である。
決するためになされたものであり、電極形成及び半導体
レーザの共振器形成を簡単に行うことができ、しかも高
品質な窒化物半導体薄膜により発光領域が構成された、
発光ダイオードおよび半導体レーザのいずれにも適用で
きる素子構造を有する半導体発光素子を得ることが本発
明の目的である。
【００１８】
【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体発
光素子は、ＧａＰ結晶基板上に形成され、発光領域とな
る半導体薄膜を含む半導体積層構造を備え、該半導体薄
膜は、金属材料の窒化物からなり、該窒化物を構成する
金属材料は、Ａｌ、ＧａおよびＩｎの内のいずれか１つ
の金属元素、もしくはＡｌ、ＧａおよびＩｎの内の２つ
以上の金属元素の混合物からなり、そのことにより上記
目的が達成される。
光素子は、ＧａＰ結晶基板上に形成され、発光領域とな
る半導体薄膜を含む半導体積層構造を備え、該半導体薄
膜は、金属材料の窒化物からなり、該窒化物を構成する
金属材料は、Ａｌ、ＧａおよびＩｎの内のいずれか１つ
の金属元素、もしくはＡｌ、ＧａおよびＩｎの内の２つ
以上の金属元素の混合物からなり、そのことにより上記
目的が達成される。
【００１９】この発明は、上記半導体発光素子におい
て、上記ＧａＰ結晶基板と半導体薄膜との間に、該半導
体薄膜の形成温度よりも低温で成長させた窒化物からな
るバッファ層が介在し、該バッファ層の窒化物を構成す
る金属材料が、Ａｌ、ＧａおよびＩｎの内のいずれか１
つの金属元素、もしくはＡｌ、ＧａおよびＩｎの内の２
つ以上の金属元素の混合物からなることが好ましい。
て、上記ＧａＰ結晶基板と半導体薄膜との間に、該半導
体薄膜の形成温度よりも低温で成長させた窒化物からな
るバッファ層が介在し、該バッファ層の窒化物を構成す
る金属材料が、Ａｌ、ＧａおよびＩｎの内のいずれか１
つの金属元素、もしくはＡｌ、ＧａおよびＩｎの内の２
つ以上の金属元素の混合物からなることが好ましい。
【００２０】この発明は上記半導体発光素子において、
好ましくは、上記ＧａＰ結晶基板と半導体薄膜との間
に、窒化物からなる第１の薄膜層と燐化物からなる第２
の薄膜層とを交互の積層してなる超格子バッファ層が介
在している。該超格子バッファ層の窒化物を構成する金
属材料は、Ａｌ、ＧａおよびＩｎの内のいずれか１つ、
もしくはＡｌ、ＧａおよびＩｎの内の２つ以上の混合物
からなるものである。該超格子バッファ層の隣化物を構
成する金属材料は、Ａｌ、ＧａおよびＩｎの内のいずれ
か１つ、もしくはＡｌ、ＧａおよびＩｎの内の２つ以上
の混合物からなるものである。
好ましくは、上記ＧａＰ結晶基板と半導体薄膜との間
に、窒化物からなる第１の薄膜層と燐化物からなる第２
の薄膜層とを交互の積層してなる超格子バッファ層が介
在している。該超格子バッファ層の窒化物を構成する金
属材料は、Ａｌ、ＧａおよびＩｎの内のいずれか１つ、
もしくはＡｌ、ＧａおよびＩｎの内の２つ以上の混合物
からなるものである。該超格子バッファ層の隣化物を構
成する金属材料は、Ａｌ、ＧａおよびＩｎの内のいずれ
か１つ、もしくはＡｌ、ＧａおよびＩｎの内の２つ以上
の混合物からなるものである。
【００２１】この発明は上記半導体発光素子において、
好ましくは、前記ＧａＰ結晶基板と半導体薄膜との間
に、窒化物と燐化物との混晶からなるバッファ層を備え
ている。該バッファ層を構成する混晶は、Ａｌ，Ｇａお
よびＩｎの内のいずれか１つ、もしくはＡｌ，Ｇａおよ
びＩｎの内の２つ以上の混合物からなる金属材料αの窒
素物αＮと、Ａｌ，ＧａおよびＩｎの内のいずれか１
つ、もしくはＡｌ，ＧａおよびＩｎの内の２つ以上の混
合物からなる金属材料βの燐化物βＰとの混晶α1- xβx
Ｎ1-yＰy（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）である。
好ましくは、前記ＧａＰ結晶基板と半導体薄膜との間
に、窒化物と燐化物との混晶からなるバッファ層を備え
ている。該バッファ層を構成する混晶は、Ａｌ，Ｇａお
よびＩｎの内のいずれか１つ、もしくはＡｌ，Ｇａおよ
びＩｎの内の２つ以上の混合物からなる金属材料αの窒
素物αＮと、Ａｌ，ＧａおよびＩｎの内のいずれか１
つ、もしくはＡｌ，ＧａおよびＩｎの内の２つ以上の混
合物からなる金属材料βの燐化物βＰとの混晶α1- xβx
Ｎ1-yＰy（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）である。
【００２２】この発明は上記半導体発光素子において、
上記半導体薄膜を含む半導体積層構造は、前記ＧａＰ結
晶基板の（１１１）結晶面上に形成したものであり、該
半導体薄膜は、ウルツ鉱型結晶構造を有することが好ま
しい。
上記半導体薄膜を含む半導体積層構造は、前記ＧａＰ結
晶基板の（１１１）結晶面上に形成したものであり、該
半導体薄膜は、ウルツ鉱型結晶構造を有することが好ま
しい。
【００２３】この発明は上記半導体発光素子において、
上記半導体薄膜を含む半導体積層構造は、前記ＧａＰ結
晶基板の（１００）結晶面上に形成したものであり、該
半導体薄膜は閃亜鉛鉱型結晶構造を有することが好まし
い。
上記半導体薄膜を含む半導体積層構造は、前記ＧａＰ結
晶基板の（１００）結晶面上に形成したものであり、該
半導体薄膜は閃亜鉛鉱型結晶構造を有することが好まし
い。
【００２４】
【作用】この発明においては、窒化物からなる半導体薄
膜を発光領域として含む半導体積層構造を、導電性を有
するＧａＰ基板上に配置するようにしたから、一方の電
極を該半導体積層構造の表面に配置するとともに、他方
の電極を該ＧａＰ基板の裏面側に設けて、該両電極によ
り、上記半導体薄膜に電流を供給することが可能とな
る。このため、電極を形成する際、上記半導体積層構造
を構成する半導体層に繁雑なエッチング処理を施して、
基板側の電極を配置する領域を形成する必要がなくな
る。
膜を発光領域として含む半導体積層構造を、導電性を有
するＧａＰ基板上に配置するようにしたから、一方の電
極を該半導体積層構造の表面に配置するとともに、他方
の電極を該ＧａＰ基板の裏面側に設けて、該両電極によ
り、上記半導体薄膜に電流を供給することが可能とな
る。このため、電極を形成する際、上記半導体積層構造
を構成する半導体層に繁雑なエッチング処理を施して、
基板側の電極を配置する領域を形成する必要がなくな
る。
【００２５】また、基板をＧａＰ結晶により構成してい
るため、基板の劈開が可能となり、半導体レーザの共振
器形成を劈開により簡単に行うことができる。このよう
な劈開による共振器形成は、すでに確立された技術であ
り、共振器の形成を再現性よく行うことができる。ま
た、エッチングにより共振器を形成する方法で用いられ
る特殊な装置は必要なく、共振器の形成工程は、非常に
簡単なものとなる。
るため、基板の劈開が可能となり、半導体レーザの共振
器形成を劈開により簡単に行うことができる。このよう
な劈開による共振器形成は、すでに確立された技術であ
り、共振器の形成を再現性よく行うことができる。ま
た、エッチングにより共振器を形成する方法で用いられ
る特殊な装置は必要なく、共振器の形成工程は、非常に
簡単なものとなる。
【００２６】この発明においては、ＧａＰ基板と、半導
体積層構造を構成する窒化物半導体層との間にバッファ
層を設けているため、ＧａＰ基板と半導体積層構造の窒
化物半導体層との間の格子不整合が緩和されることとな
る。これにより、半導体薄膜を含む半導体積層構造の結
晶性を、非常に良好なものとできる。
体積層構造を構成する窒化物半導体層との間にバッファ
層を設けているため、ＧａＰ基板と半導体積層構造の窒
化物半導体層との間の格子不整合が緩和されることとな
る。これにより、半導体薄膜を含む半導体積層構造の結
晶性を、非常に良好なものとできる。
【００２７】この発明においては、ＧａＰ基板の（１１
１）面上に半導体積層構造を形成しているため、該（１
１１）結晶面が、六回対称性を有しているウルツ鉱型結
晶との整合性に優れていることから、上記半導体積層構
造が、最も安定なウルツ鉱型結晶構造を有する高品質な
窒化物半導体層から構成されることとなる。
１）面上に半導体積層構造を形成しているため、該（１
１１）結晶面が、六回対称性を有しているウルツ鉱型結
晶との整合性に優れていることから、上記半導体積層構
造が、最も安定なウルツ鉱型結晶構造を有する高品質な
窒化物半導体層から構成されることとなる。
【００２８】この発明においては、ＧａＰ基板の（１０
０）面上に半導体積層構造を形成しているため、窒化物
半導体層を構成する結晶は、窒化物の準安定相である閃
亜鉛鉱型の結晶となる。この閃亜鉛鉱型結晶では、ｐ型
不純物が容易に活性化するため、ｐ型半導体層の形成が
容易になる。
０）面上に半導体積層構造を形成しているため、窒化物
半導体層を構成する結晶は、窒化物の準安定相である閃
亜鉛鉱型の結晶となる。この閃亜鉛鉱型結晶では、ｐ型
不純物が容易に活性化するため、ｐ型半導体層の形成が
容易になる。
【００２９】
【実施例】まず、本発明の基本原理について簡単に説明
する。
する。
【００３０】本発明は、基板の構成材料としてＧａＰを
用いることにより、上述した従来の問題点を解決するも
のである。
用いることにより、上述した従来の問題点を解決するも
のである。
【００３１】基板を構成するＧａＰ結晶と、基板上の半
導体積層構造を構成するＧａＮ結晶との格子不整合率は
約２１％であり、Ｓｉ結晶とＧａＮ結晶との格子不整合
率と同等であるが、ＧａＰ結晶は、劈開が容易であると
いう利点がある。
導体積層構造を構成するＧａＮ結晶との格子不整合率は
約２１％であり、Ｓｉ結晶とＧａＮ結晶との格子不整合
率と同等であるが、ＧａＰ結晶は、劈開が容易であると
いう利点がある。
【００３２】ただし、基板の構成材料としてＧａＰを用
いた場合の格子不整合率はかなり大きいため、バッファ
層を基板と窒化物半導体層との間に挿入することが望ま
しい。
いた場合の格子不整合率はかなり大きいため、バッファ
層を基板と窒化物半導体層との間に挿入することが望ま
しい。
【００３３】このようなバッファ層として、適当なもの
を以下にあげる。
を以下にあげる。
【００３４】（１）第１に、発光領域を構成する半導体
薄膜より低温で成長させた金属材料αの窒化物αＮから
なるバッファ層である。ここで、金属材料αとしては、
Ａｌ、ＧａおよびＩｎの内のいずれか１つ、もしくはＡ
ｌ、ＧａおよびＩｎの内の２つ以上の混合物を用いるこ
とができる。
薄膜より低温で成長させた金属材料αの窒化物αＮから
なるバッファ層である。ここで、金属材料αとしては、
Ａｌ、ＧａおよびＩｎの内のいずれか１つ、もしくはＡ
ｌ、ＧａおよびＩｎの内の２つ以上の混合物を用いるこ
とができる。
【００３５】（２）第２に、金属材料βの窒化物βＮか
らなる第１の薄膜層と、金属材料γの燐化物γＰからな
る第２の薄膜層を交互に積層した超格子バッファ層であ
る。
らなる第１の薄膜層と、金属材料γの燐化物γＰからな
る第２の薄膜層を交互に積層した超格子バッファ層であ
る。
【００３６】ここで、金属材料βおよびγとしては、Ａ
ｌ、ＧａおよびＩｎの内のいずれか１つ、もしくはＡ
ｌ、ＧａおよびＩｎの内の２つ以上の混合物を用いるこ
とができる。
ｌ、ＧａおよびＩｎの内のいずれか１つ、もしくはＡ
ｌ、ＧａおよびＩｎの内の２つ以上の混合物を用いるこ
とができる。
【００３７】（３）第３に、上記窒化物βＮと燐化物γ
Ｎとの混晶β1-xγxＮ1-yＰyからなるバッファ層であ
る。ここでは、金属材料βおよびγとしては、Ａｌ、Ｇ
ａおよびＩｎの内のいずれか１つ、もしくはＡｌ、Ｇａ
およびＩｎの内の２つ以上の混合物を用いることがで
き、また混晶比Ｘ，Ｙは、それぞれ０＜ｘ＜１、０＜ｙ
＜１の範囲内の値である。
Ｎとの混晶β1-xγxＮ1-yＰyからなるバッファ層であ
る。ここでは、金属材料βおよびγとしては、Ａｌ、Ｇ
ａおよびＩｎの内のいずれか１つ、もしくはＡｌ、Ｇａ
およびＩｎの内の２つ以上の混合物を用いることがで
き、また混晶比Ｘ，Ｙは、それぞれ０＜ｘ＜１、０＜ｙ
＜１の範囲内の値である。
【００３８】通常、窒化物はウルツ鉱型結晶構造をとる
ため、その上にウルツ鉱型結晶構造の窒化物を成長させ
るための基板としては、ウルツ鉱型と同様の六回対称性
を有するＧａＰ（１１１）面を使用する必要がある。
ため、その上にウルツ鉱型結晶構造の窒化物を成長させ
るための基板としては、ウルツ鉱型と同様の六回対称性
を有するＧａＰ（１１１）面を使用する必要がある。
【００３９】一方、一般的に窒化物のｐ型ドーピングが
困難であるのは、ウルツ鉱型結晶において発生しやすい
Ｖ族空格子点による高い自由電子濃度に起因するものと
いわれている。これに対し、閃亜鉛鉱型結晶構造を有す
るＧａＰやＧａＡｓ等の他のＩＩＩ−Ｖ族半導体におい
ては、不純物添加により容易にｎ型およびｐ型の導伝型
が得られていることから、窒化物においてもこれを閃亜
鉛鉱型結晶とすれば、ｐ型半導体が容易に得られると予
想される。なお、窒化物の結晶構造では、ウルツ鉱型が
最も安定であるが、閃亜鉛鉱型も準安定相として存在し
得る。
困難であるのは、ウルツ鉱型結晶において発生しやすい
Ｖ族空格子点による高い自由電子濃度に起因するものと
いわれている。これに対し、閃亜鉛鉱型結晶構造を有す
るＧａＰやＧａＡｓ等の他のＩＩＩ−Ｖ族半導体におい
ては、不純物添加により容易にｎ型およびｐ型の導伝型
が得られていることから、窒化物においてもこれを閃亜
鉛鉱型結晶とすれば、ｐ型半導体が容易に得られると予
想される。なお、窒化物の結晶構造では、ウルツ鉱型が
最も安定であるが、閃亜鉛鉱型も準安定相として存在し
得る。
【００４０】表１に、窒化物がウルツ鉱型結晶構造およ
び閃亜鉛鉱型結晶構造を取る場合の格子定数ａ、ｃおよ
び禁制帯幅Ｅｇを示す。
び閃亜鉛鉱型結晶構造を取る場合の格子定数ａ、ｃおよ
び禁制帯幅Ｅｇを示す。
【００４１】
【表１】
【００４２】以下、本発明の実施例について説明する。 （実施例１）図１は本発明の第１の実施例による発光ダ
イオードの断面構造を示し、図において、１００ａは、
ｎ型ＧａＰ基板１００を用いた本実施例の発光ダイオー
ドで、該ｎ型ＧａＰ基板１００上には、その（１１１）
結晶面上に形成されたｎ型ＧａＮバッファ層１０１を介
して半導体積層構造１１０ａが配設されている。
イオードの断面構造を示し、図において、１００ａは、
ｎ型ＧａＰ基板１００を用いた本実施例の発光ダイオー
ドで、該ｎ型ＧａＰ基板１００上には、その（１１１）
結晶面上に形成されたｎ型ＧａＮバッファ層１０１を介
して半導体積層構造１１０ａが配設されている。
【００４３】この半導体積層構造１１０ａは、発光領域
として亜鉛ドープＧａ0.94Ｉｎ0.06Ｎ活性層１０４を含
み、ｎ型ＧａＰ基板１００の（１１１）面上のｎ型Ｇａ
Ｎバッファ層１０１上に、ｎ型ＧａＮ層１０２、ｎ型Ａ
ｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層１０３、亜鉛ドープＧａ
0.94Ｉｎ0.06Ｎ活性層１０４、ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ
クラッド層１０５、及びｐ型ＧａＮキャップ層１０６を
順に積層した構造となっている。
として亜鉛ドープＧａ0.94Ｉｎ0.06Ｎ活性層１０４を含
み、ｎ型ＧａＰ基板１００の（１１１）面上のｎ型Ｇａ
Ｎバッファ層１０１上に、ｎ型ＧａＮ層１０２、ｎ型Ａ
ｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層１０３、亜鉛ドープＧａ
0.94Ｉｎ0.06Ｎ活性層１０４、ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ
クラッド層１０５、及びｐ型ＧａＮキャップ層１０６を
順に積層した構造となっている。
【００４４】そして、ｐ型ＧａＮキャップ層１０６上に
はｐ型電極１０８が形成され、ｎ型ＧａＰ基板１００の
裏面側にはｎ型電極１０７が形成されており、該両電極
により、上記半導体積層構造１１０ａの活性層１０４に
駆動電流が供給されるようになっている。
はｐ型電極１０８が形成され、ｎ型ＧａＰ基板１００の
裏面側にはｎ型電極１０７が形成されており、該両電極
により、上記半導体積層構造１１０ａの活性層１０４に
駆動電流が供給されるようになっている。
【００４５】次に製造方法について説明する。まず、ｎ
型ＧａＰ基板１００の（１１１）面上に、ＭＯＶＰＥ法
によりｎ型ＧａＮバッファ層１０１を５００℃という比
較的低温で形成する。次に、基板１００を１０００℃ま
で昇温してＭＯＶＰＥ法により、該ｎ型ＧａＮバッファ
層１０１上に、ｎ型ＧａＮ層１０２、ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ
0.85Ｎクラッド層１０３を積層する。その後、８００℃
で亜鉛ドープＧａ0.94Ｉｎ0.06Ｎ活性層１０４を、上記
ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層１０３上に積層し、
その上に、再び１０００℃でｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎク
ラッド層１０５、ｐ型ＧａＮキャップ層１０６を積層形
成する。ここで、上記各半導体層の原料としては、従来
例と同一のものを使用している。
型ＧａＰ基板１００の（１１１）面上に、ＭＯＶＰＥ法
によりｎ型ＧａＮバッファ層１０１を５００℃という比
較的低温で形成する。次に、基板１００を１０００℃ま
で昇温してＭＯＶＰＥ法により、該ｎ型ＧａＮバッファ
層１０１上に、ｎ型ＧａＮ層１０２、ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ
0.85Ｎクラッド層１０３を積層する。その後、８００℃
で亜鉛ドープＧａ0.94Ｉｎ0.06Ｎ活性層１０４を、上記
ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層１０３上に積層し、
その上に、再び１０００℃でｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎク
ラッド層１０５、ｐ型ＧａＮキャップ層１０６を積層形
成する。ここで、上記各半導体層の原料としては、従来
例と同一のものを使用している。
【００４６】その後、ｐ型不純物であるマグネシウムの
活性化のため窒素雰囲気下で７００℃の熱処理を行い、
さらに、ｐ型ＧａＮキャップ層１０６上にｐ型電極１０
８を、ｎ型ＧａＰ基板１００の裏面側にｎ型電極１０７
を形成する。これにより、本実施例の発光ダイオード１
００ａが完成される。
活性化のため窒素雰囲気下で７００℃の熱処理を行い、
さらに、ｐ型ＧａＮキャップ層１０６上にｐ型電極１０
８を、ｎ型ＧａＰ基板１００の裏面側にｎ型電極１０７
を形成する。これにより、本実施例の発光ダイオード１
００ａが完成される。
【００４７】この実施例では、導電性基板であるＧａＰ
基板１００を使用しているので、基板裏面側にｎ型電極
１０７を形成することができ、絶縁体であるサファイア
基板を用いた場合のように電極形成のためのエッチング
加工が不要となる。
基板１００を使用しているので、基板裏面側にｎ型電極
１０７を形成することができ、絶縁体であるサファイア
基板を用いた場合のように電極形成のためのエッチング
加工が不要となる。
【００４８】また、ウルツ鉱型結晶と同様の六回対称性
を有するＧａＰ基板の（１１１）面に窒化物半導体層を
成長させているので、ウルツ鉱型結晶構造を有する窒化
物半導体層と基板との整合性が優れたものとなる。
を有するＧａＰ基板の（１１１）面に窒化物半導体層を
成長させているので、ウルツ鉱型結晶構造を有する窒化
物半導体層と基板との整合性が優れたものとなる。
【００４９】さらに、バッファ層１０１を半導体積層構
造１１０ａとＧａＰ基板１００との間に介在させている
ため、半導体積層構造１１０ａを構成する半導体層と基
板との格子不整合を緩和することができる。よって、半
導体積層構造１１０ａとして、高品質なウルツ鉱型窒化
物層からなるものが得られ、該半導体積層構造に含まれ
る亜鉛ドープＧａＩｎＮ活性層１０４からは、波長４５
０ｎｍの明るい青色発光を得ることができる。
造１１０ａとＧａＰ基板１００との間に介在させている
ため、半導体積層構造１１０ａを構成する半導体層と基
板との格子不整合を緩和することができる。よって、半
導体積層構造１１０ａとして、高品質なウルツ鉱型窒化
物層からなるものが得られ、該半導体積層構造に含まれ
る亜鉛ドープＧａＩｎＮ活性層１０４からは、波長４５
０ｎｍの明るい青色発光を得ることができる。
【００５０】なお、上記実施例では、バッファ層１０１
をＧａＮから構成しているが、バッファ層の構成材料は
これに限られるものではなく、発光部となる窒化物半導
体層よりも低温で成長させた窒化物βＮであればよい。
ここで、該窒化物βＮを構成する金属材料βとしては、
上述したように、Ａｌ、ＧａおよびＩｎの内のいずれか
１つ、もしくはＡｌ、ＧａおよびＩｎの内の２つ以上の
混合物を用いることができる。
をＧａＮから構成しているが、バッファ層の構成材料は
これに限られるものではなく、発光部となる窒化物半導
体層よりも低温で成長させた窒化物βＮであればよい。
ここで、該窒化物βＮを構成する金属材料βとしては、
上述したように、Ａｌ、ＧａおよびＩｎの内のいずれか
１つ、もしくはＡｌ、ＧａおよびＩｎの内の２つ以上の
混合物を用いることができる。
【００５１】（実施例２）図２は本発明の第２の実施例
による発光ダイオードの構造を説明するための図であ
り、図２（ａ）は該発光ダイオードの断面図、図２
（ｂ）は、該発光ダイオードを構成する超格子構造のバ
ッファ層の構造を示す図である。
による発光ダイオードの構造を説明するための図であ
り、図２（ａ）は該発光ダイオードの断面図、図２
（ｂ）は、該発光ダイオードを構成する超格子構造のバ
ッファ層の構造を示す図である。
【００５２】図において、１００ｂはこの実施例の発光
ダイオードで、これは、第１実施例の発光ダイオード１
００ａにおけるバッファ層１０１に代えて、構成材料の
異なる極薄い２つの薄膜層を交互に積層してなる多層構
造（超格子構造）のバッファ層１０１ｂを用いている。
このバッファ層１０１ｂは、図２（ｂ）に示すようにＧ
ａＰ単原子層およびＧａＮ単原子層を１００組交互に積
層してなるものである。なお、その他の構成は上記第１
の実施例と同一である。
ダイオードで、これは、第１実施例の発光ダイオード１
００ａにおけるバッファ層１０１に代えて、構成材料の
異なる極薄い２つの薄膜層を交互に積層してなる多層構
造（超格子構造）のバッファ層１０１ｂを用いている。
このバッファ層１０１ｂは、図２（ｂ）に示すようにＧ
ａＰ単原子層およびＧａＮ単原子層を１００組交互に積
層してなるものである。なお、その他の構成は上記第１
の実施例と同一である。
【００５３】この実施例の発光ダイオードにおいても、
上記第１実施例と同様、半導体積層構造を構成する半導
体層として、高品質なウルツ鉱型窒化物層が得られ、亜
鉛ドープＧａＩｎＮ活性層１０４からは、波長４５０ｎ
ｍの明るい青色発光を得ることができる。
上記第１実施例と同様、半導体積層構造を構成する半導
体層として、高品質なウルツ鉱型窒化物層が得られ、亜
鉛ドープＧａＩｎＮ活性層１０４からは、波長４５０ｎ
ｍの明るい青色発光を得ることができる。
【００５４】なお、この実施例では、超格子構造のバッ
ファ層１０１ｂを構成する薄膜層として、ＧａＰ単原子
層およびＧａＮ単原子層を用いているが、この組み合わ
せに限られるものではない。例えば、窒化物βＮからな
る薄膜層としては、ＧａＮ単原子層の代わりに、窒化物
βＮを構成する金属材料βが、Ａｌ、ＧａおよびＩｎの
内のいずれか１つ、もしくはＡｌ、ＧａおよびＩｎの内
の２つ以上の混合物であるものでもよい。また、燐化物
γＮからなる薄膜層としては、ＧａＰ単原子層の代わり
に、燐化物γＮを構成する金属材料γが、Ａｌ、Ｇａお
よびＩｎの内のいずれか１つ、もしくはＡｌ、Ｇａおよ
びＩｎの内の２つ以上の混合物であるものでもよい。
ファ層１０１ｂを構成する薄膜層として、ＧａＰ単原子
層およびＧａＮ単原子層を用いているが、この組み合わ
せに限られるものではない。例えば、窒化物βＮからな
る薄膜層としては、ＧａＮ単原子層の代わりに、窒化物
βＮを構成する金属材料βが、Ａｌ、ＧａおよびＩｎの
内のいずれか１つ、もしくはＡｌ、ＧａおよびＩｎの内
の２つ以上の混合物であるものでもよい。また、燐化物
γＮからなる薄膜層としては、ＧａＰ単原子層の代わり
に、燐化物γＮを構成する金属材料γが、Ａｌ、Ｇａお
よびＩｎの内のいずれか１つ、もしくはＡｌ、Ｇａおよ
びＩｎの内の２つ以上の混合物であるものでもよい。
【００５５】さらに、各薄膜層における原子層数は、単
原子層から約１００原子層の間で選択することができ、
また、超格子構造における燐化物からなる薄膜層と窒化
物からなる薄膜層との組数は、１０組から１００組の間
から選択することができる。
原子層から約１００原子層の間で選択することができ、
また、超格子構造における燐化物からなる薄膜層と窒化
物からなる薄膜層との組数は、１０組から１００組の間
から選択することができる。
【００５６】また、上記超格子構造のバッファ層は、そ
れぞれ屈折率の異なる２物質（例えばＧａＮ、ＡｌＮ）
からなるＧａＮ層及びＡｌＮ層を交互に複数積層してな
り、かつ該積層される各層の層厚が発光波長の４分の１
である構造とすることにより、高反射膜としての機能を
持たせることができる。これにより、発生した光がＧａ
Ｐ基板１００で吸収されるのを防止でき、発光効率を２
倍程度増大させることができる。
れぞれ屈折率の異なる２物質（例えばＧａＮ、ＡｌＮ）
からなるＧａＮ層及びＡｌＮ層を交互に複数積層してな
り、かつ該積層される各層の層厚が発光波長の４分の１
である構造とすることにより、高反射膜としての機能を
持たせることができる。これにより、発生した光がＧａ
Ｐ基板１００で吸収されるのを防止でき、発光効率を２
倍程度増大させることができる。
【００５７】またさらに、上記のように高反射膜として
の機能をバッファ層に持たせるのではなく、高反射膜を
上記バッファ層とは別に設けてもよい。
の機能をバッファ層に持たせるのではなく、高反射膜を
上記バッファ層とは別に設けてもよい。
【００５８】図２（ｃ）は、このような構成の発光ダイ
オードを第２実施例の変形例として示している。図中、
１００ｂ1はこの変形例による発光ダイオードで、この
発光ダイオード１００ｂ1の半導体積層構造１１０ｂで
は、ＧａＮ層１０２とｎ型クラッド層１０３との間に、
高反射層１０９が形成されている。この高反射層１０９
は、例えばＧａＮ層及びＡｌＮ層を交互に複数積層して
なり、かつ該積層された各層の層厚が発光波長の４分の
１である構造となっている。
オードを第２実施例の変形例として示している。図中、
１００ｂ1はこの変形例による発光ダイオードで、この
発光ダイオード１００ｂ1の半導体積層構造１１０ｂで
は、ＧａＮ層１０２とｎ型クラッド層１０３との間に、
高反射層１０９が形成されている。この高反射層１０９
は、例えばＧａＮ層及びＡｌＮ層を交互に複数積層して
なり、かつ該積層された各層の層厚が発光波長の４分の
１である構造となっている。
【００５９】この第２の実施例では、図２（ｃ）に示す
ような変形例の構造が有効であることは言うまでもな
い。
ような変形例の構造が有効であることは言うまでもな
い。
【００６０】（実施例３）図３は本発明の第３の実施例
による発光ダイオードの断面構造を示し、図において、
図１と同一符号は、第１実施例と同一のものを示し、１
００ｃは本実施例の発光ダイオードである。この発光ダ
イオード１００ｃでは、ＧａＰ基板１００の（１００）
結晶面上にｎ型ＧａＮ1-yＰy（０＜ｙ＜１）バッファ層
１０１ｃを形成し、このバッファ層１０１ｃ上に半導体
積層構造１１０ｃを形成している。この半導体積層構造
１１０ｃは、該バッファ層１０１ｃ上に順次形成され
た、ｎ型ＧａＮクラッド層１０３ｃ、亜鉛ドープＧａ
0.8Ｉｎ0.2Ｎ活性層１０４ｃ、ｐ型ＧａＮクラッド層１
０５ｃ、及びｐ型ＧａＮキャップ層１０６から構成され
ている。
による発光ダイオードの断面構造を示し、図において、
図１と同一符号は、第１実施例と同一のものを示し、１
００ｃは本実施例の発光ダイオードである。この発光ダ
イオード１００ｃでは、ＧａＰ基板１００の（１００）
結晶面上にｎ型ＧａＮ1-yＰy（０＜ｙ＜１）バッファ層
１０１ｃを形成し、このバッファ層１０１ｃ上に半導体
積層構造１１０ｃを形成している。この半導体積層構造
１１０ｃは、該バッファ層１０１ｃ上に順次形成され
た、ｎ型ＧａＮクラッド層１０３ｃ、亜鉛ドープＧａ
0.8Ｉｎ0.2Ｎ活性層１０４ｃ、ｐ型ＧａＮクラッド層１
０５ｃ、及びｐ型ＧａＮキャップ層１０６から構成され
ている。
【００６１】次に製造方法について説明する。まず、ｎ
型ＧａＰ基板１００の（１００）面上に、分子線エピタ
キシャル法、いわゆるＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂ
ｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法により６００℃でｎ型Ｇａ
Ｎ1-yＰy（０＜ｙ＜１）バッファ層１０１ｃを形成す
る。
型ＧａＰ基板１００の（１００）面上に、分子線エピタ
キシャル法、いわゆるＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂ
ｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法により６００℃でｎ型Ｇａ
Ｎ1-yＰy（０＜ｙ＜１）バッファ層１０１ｃを形成す
る。
【００６２】次に、基板１００を８００℃まで昇温し
て、該バッファ層１０１ｃ上に、ＭＢＥ法によりｎ型Ｇ
ａＮクラッド層１０３ｃ、亜鉛ドープＧａ0.8Ｉｎ0.2Ｎ
活性層１０４ｃ、ｐ型ＧａＮクラッド層１０５ｃ、ｐ型
ＧａＮキャップ層１０６を順次形成して、半導体積層構
造１１０ｃを形成する。
て、該バッファ層１０１ｃ上に、ＭＢＥ法によりｎ型Ｇ
ａＮクラッド層１０３ｃ、亜鉛ドープＧａ0.8Ｉｎ0.2Ｎ
活性層１０４ｃ、ｐ型ＧａＮクラッド層１０５ｃ、ｐ型
ＧａＮキャップ層１０６を順次形成して、半導体積層構
造１１０ｃを形成する。
【００６３】ここでは、各半導体層を構成する元素の原
料としては、ガリウム、インジウム、プラズマ分解窒
素、リンを用い、ドーピング原料としてはシリコン（ｎ
型）、ベリリウム（ｐ型）を用いている。また、クラッ
ド層１０５ｃとキャップ層１０６とは、キャリア濃度が
異なっている。つまり、該ｎ型クラッド層１０５ｃは結
晶を高品質に保つためキャリア濃度を５×１０17／ｃｍ
3とやや低くし、ｐ型キャップ層１０６はオーミック性
向上のためキャリア濃度を１×１０19／ｃｍ3とやや高
くしている。
料としては、ガリウム、インジウム、プラズマ分解窒
素、リンを用い、ドーピング原料としてはシリコン（ｎ
型）、ベリリウム（ｐ型）を用いている。また、クラッ
ド層１０５ｃとキャップ層１０６とは、キャリア濃度が
異なっている。つまり、該ｎ型クラッド層１０５ｃは結
晶を高品質に保つためキャリア濃度を５×１０17／ｃｍ
3とやや低くし、ｐ型キャップ層１０６はオーミック性
向上のためキャリア濃度を１×１０19／ｃｍ3とやや高
くしている。
【００６４】その後、ｐ型ＧａＮキャップ層１０６上に
ｐ型電極１０８を、ｎ型ＧａＰ基板１００の裏面側にｎ
型電極１０７を形成し、発光ダイオード１００ｃを完成
させる。
ｐ型電極１０８を、ｎ型ＧａＰ基板１００の裏面側にｎ
型電極１０７を形成し、発光ダイオード１００ｃを完成
させる。
【００６５】次に作用効果について説明する。この実施
例では、六回対称性を有さないＧａＰ基板１００の（１
００）面を、窒化物半導体層の結晶成長面として用いて
いるので、該基板１００上に形成された半導体結晶は、
閃亜鉛鉱型となる。
例では、六回対称性を有さないＧａＰ基板１００の（１
００）面を、窒化物半導体層の結晶成長面として用いて
いるので、該基板１００上に形成された半導体結晶は、
閃亜鉛鉱型となる。
【００６６】予備実験としてＧａＰ基板の（１００）面
にＧａＮの単層を成長させてＸ線回折を行ったところ、
閃亜鉛鉱型ＧａＮの結晶面（２００）に相当する鋭い回
折ピークが観察され、閃亜鉛鉱型単結晶が成長している
ことが確認された。
にＧａＮの単層を成長させてＸ線回折を行ったところ、
閃亜鉛鉱型ＧａＮの結晶面（２００）に相当する鋭い回
折ピークが観察され、閃亜鉛鉱型単結晶が成長している
ことが確認された。
【００６７】上記回折ピークの回折角から計算されるＧ
ａＮの格子定数は４．４９オングストロームであり、従
来報告されている値と一致した。
ａＮの格子定数は４．４９オングストロームであり、従
来報告されている値と一致した。
【００６８】この閃亜鉛鉱型結晶構造の窒化物半導体層
はｐ型不純物が容易に活性化されるので、本実施例で
は、ｐ型半導体の活性化のための熱処理が不要となる。
この実施例の発光ダイオードでは、亜鉛ドープＧａＩｎ
Ｎ活性層１０４ｃからの波長５２０ｎｍの明るい緑色発
光を得ることができる。
はｐ型不純物が容易に活性化されるので、本実施例で
は、ｐ型半導体の活性化のための熱処理が不要となる。
この実施例の発光ダイオードでは、亜鉛ドープＧａＩｎ
Ｎ活性層１０４ｃからの波長５２０ｎｍの明るい緑色発
光を得ることができる。
【００６９】なお、本実施例では、ｎ型ＧａＮ1-yＰ
y（０＜ｙ＜１）バッファ層を用いたが、バッファ層の
構成材料はこれに限るものではなく、窒化物βＮと燐化
物γＮとの混晶β1-xγxＮ1-yＰyであれば用いることが
でき、また、混晶比は０＜ｘ＜１かつ０＜ｙ＜１であれ
ばいずれでもよい。
y（０＜ｙ＜１）バッファ層を用いたが、バッファ層の
構成材料はこれに限るものではなく、窒化物βＮと燐化
物γＮとの混晶β1-xγxＮ1-yＰyであれば用いることが
でき、また、混晶比は０＜ｘ＜１かつ０＜ｙ＜１であれ
ばいずれでもよい。
【００７０】また、ｎ型ＧａＮ1-yＰy（０＜ｙ＜１）バ
ッファ層１０１ｃの組成比ｙは、バッファ層全体で均一
である必要はなく、該バッファ層を、その組成比ｙが、
ｎ型ＧａＰ基板１００に接する部分からｎ型ＧａＮクラ
ッド層１０３ｃに接する部分に向かって徐々に減少する
構造としてもよく、この場合、バッファ層による格子不
整合の緩和は、一層効果的なものとなる。
ッファ層１０１ｃの組成比ｙは、バッファ層全体で均一
である必要はなく、該バッファ層を、その組成比ｙが、
ｎ型ＧａＰ基板１００に接する部分からｎ型ＧａＮクラ
ッド層１０３ｃに接する部分に向かって徐々に減少する
構造としてもよく、この場合、バッファ層による格子不
整合の緩和は、一層効果的なものとなる。
【００７１】さらに、上記ｎ型ＧａＮ1-yＰy（０＜ｙ＜
１）バッファ層１０１の形成方法は、上記実施例のＭＢ
Ｅ法に限らず、これ以外の方法でもよい。例えば、Ｇａ
Ｐ基板１００を７００℃程度に加熱して表面を窒素雰囲
気に晒すことにより、ＧａＰ基板表面の燐原子の一部を
窒素原子と置換し、これによってバッファ層を形成する
方法も有効である。
１）バッファ層１０１の形成方法は、上記実施例のＭＢ
Ｅ法に限らず、これ以外の方法でもよい。例えば、Ｇａ
Ｐ基板１００を７００℃程度に加熱して表面を窒素雰囲
気に晒すことにより、ＧａＰ基板表面の燐原子の一部を
窒素原子と置換し、これによってバッファ層を形成する
方法も有効である。
【００７２】（実施例４）図４は本発明の第４の実施例
による半導体レーザの断面構造を示し、図において、１
００ｄは本実施例の半導体レーザである。この半導体レ
ーザ１００ｄでは、ｎ型ＧａＰ基板１００の（１００）
面上にｎ型ＧａＮ1-yＰy（０＜ｙ＜１）バッファ層１０
１ｃが形成されており、このバッファ層１０１ｃ上に半
導体積層構造１１０ｄが形成してある。この半導体積層
構造１１０ｄは、該バッファ層１０１ｃ上に順次形成さ
れた、ｎ型ＧａＮ層１０２、ｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｎクラ
ッド層１０３ｄ、ノンドープＧａ0.6Ｉｎ0.4Ｎ活性層１
０４ｄ、ｐ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｎクラッド層１０５ｄ、及
びｐ型ＧａＮキャップ層１０６から構成されている。
による半導体レーザの断面構造を示し、図において、１
００ｄは本実施例の半導体レーザである。この半導体レ
ーザ１００ｄでは、ｎ型ＧａＰ基板１００の（１００）
面上にｎ型ＧａＮ1-yＰy（０＜ｙ＜１）バッファ層１０
１ｃが形成されており、このバッファ層１０１ｃ上に半
導体積層構造１１０ｄが形成してある。この半導体積層
構造１１０ｄは、該バッファ層１０１ｃ上に順次形成さ
れた、ｎ型ＧａＮ層１０２、ｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｎクラ
ッド層１０３ｄ、ノンドープＧａ0.6Ｉｎ0.4Ｎ活性層１
０４ｄ、ｐ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｎクラッド層１０５ｄ、及
びｐ型ＧａＮキャップ層１０６から構成されている。
【００７３】また、この半導体レーザ１００ｄでは、ｐ
型ＧａＮキャップ層１０６の上にはストライプ状の窓１
１１を有する絶縁膜１１０が形成されており、この絶縁
膜１１０上全面にｐ型電極１０８ｄが形成されており、
ｎ型電極１０７はｎ型ＧａＰ基板１００の裏面側に形成
されている。
型ＧａＮキャップ層１０６の上にはストライプ状の窓１
１１を有する絶縁膜１１０が形成されており、この絶縁
膜１１０上全面にｐ型電極１０８ｄが形成されており、
ｎ型電極１０７はｎ型ＧａＰ基板１００の裏面側に形成
されている。
【００７４】次に製造方法について説明する。まず、ｎ
型ＧａＰ基板１００の（１００）面上に、実施例３と同
様にＭＢＥ法により、ｎ型ＧａＮ1-yＰy（０＜ｙ＜１）
バッファ層１０１ｃ、ｎ型ＧａＮ層１０２、ｎ型Ａｌ
0.5Ｉｎ0.5Ｎクラッド層１０３ｄ、ノンドープＧａ0.6
Ｉｎ0.4Ｎ活性層１０４ｄ、ｐ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｎクラ
ッド層１０５ｄ、及びｐ型ＧａＮキャップ層１０６を順
次積層して、半導体積層構造１１０ｄを形成する。ここ
で、各半導体層の構成元素の原料としては、アルミニウ
ム、ガリウム、インジウム、窒素源としてのジメチルヒ
ドラジン、及びリンを用い、ドーパント原料としては実
施例３と同じものを用いている。
型ＧａＰ基板１００の（１００）面上に、実施例３と同
様にＭＢＥ法により、ｎ型ＧａＮ1-yＰy（０＜ｙ＜１）
バッファ層１０１ｃ、ｎ型ＧａＮ層１０２、ｎ型Ａｌ
0.5Ｉｎ0.5Ｎクラッド層１０３ｄ、ノンドープＧａ0.6
Ｉｎ0.4Ｎ活性層１０４ｄ、ｐ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｎクラ
ッド層１０５ｄ、及びｐ型ＧａＮキャップ層１０６を順
次積層して、半導体積層構造１１０ｄを形成する。ここ
で、各半導体層の構成元素の原料としては、アルミニウ
ム、ガリウム、インジウム、窒素源としてのジメチルヒ
ドラジン、及びリンを用い、ドーパント原料としては実
施例３と同じものを用いている。
【００７５】その後、ｎ型ＧａＰ基板１００の裏面側に
ｎ型電極１０７を形成し、さらにｐ型ＧａＮキャップ層
１０６上にストライプ状の窓１１１を有する絶縁膜１１
０を形成し、その上にｐ型電極１０８が形成して半導体
レーザ１００ｄを完成する。
ｎ型電極１０７を形成し、さらにｐ型ＧａＮキャップ層
１０６上にストライプ状の窓１１１を有する絶縁膜１１
０を形成し、その上にｐ型電極１０８が形成して半導体
レーザ１００ｄを完成する。
【００７６】次に作用効果について説明する。このよう
な構造の半導体レーザ１００ｄでは、ｎ型電極１０７お
よびｐ型電極１０８から注入された電流は、ストライプ
状開口部１１１のみに集中して流れる。そして、所定の
注入電流レベルにおいて、活性層１０４ｄから４４０ｎ
ｍの青色レーザ光が出射される。
な構造の半導体レーザ１００ｄでは、ｎ型電極１０７お
よびｐ型電極１０８から注入された電流は、ストライプ
状開口部１１１のみに集中して流れる。そして、所定の
注入電流レベルにおいて、活性層１０４ｄから４４０ｎ
ｍの青色レーザ光が出射される。
【００７７】また、この実施例においても、六回対称性
を有さないＧａＰ基板１００の（１００）面を、窒化物
半導体層の結晶成長面として用いているので、該基板１
００上に形成された半導体結晶は、閃亜鉛鉱型となり、
ｐ型半導体の活性化のための熱処理が不要となる。
を有さないＧａＰ基板１００の（１００）面を、窒化物
半導体層の結晶成長面として用いているので、該基板１
００上に形成された半導体結晶は、閃亜鉛鉱型となり、
ｐ型半導体の活性化のための熱処理が不要となる。
【００７８】また、ＧａＰ基板を使用しているので、半
導体レーザの共振器形成の際、従来の半導体レーザの製
造方法と同様に劈開法を用いることができ、エッチング
等の複雑な工程が不要となる。
導体レーザの共振器形成の際、従来の半導体レーザの製
造方法と同様に劈開法を用いることができ、エッチング
等の複雑な工程が不要となる。
【００７９】
【発明の効果】以上のように、本発明に係る半導体発光
素子によれば、ＧａＰ結晶基板上に窒化物半導体層を発
光部として含む半導体積層構造を形成しているので、サ
ファイア基板を用いた場合のように電極形成時の繁雑な
エッチング加工が不要となり、また、半導体レーザの共
振器形成を劈開により簡単に行うことが可能となり、こ
れにより、半導体発光素子の製造工程を簡便なものとで
きる効果がある。
素子によれば、ＧａＰ結晶基板上に窒化物半導体層を発
光部として含む半導体積層構造を形成しているので、サ
ファイア基板を用いた場合のように電極形成時の繁雑な
エッチング加工が不要となり、また、半導体レーザの共
振器形成を劈開により簡単に行うことが可能となり、こ
れにより、半導体発光素子の製造工程を簡便なものとで
きる効果がある。
【００８０】この発明によれば、ＧａＰ基板と、半導体
積層構造を構成する窒化物半導体層との間にバッファ層
を設けているため、ＧａＰ基板と半導体積層構造の窒化
物半導体層との間の格子不整合が緩和され、これによ
り、半導体薄膜を含む半導体積層構造の結晶性を、非常
に良好なものとできる効果がある。
積層構造を構成する窒化物半導体層との間にバッファ層
を設けているため、ＧａＰ基板と半導体積層構造の窒化
物半導体層との間の格子不整合が緩和され、これによ
り、半導体薄膜を含む半導体積層構造の結晶性を、非常
に良好なものとできる効果がある。
【００８１】この発明によれば、ＧａＰ基板の（１０
０）面上に半導体積層構造を形成しているため、窒化物
半導体層を構成する結晶は、窒化物の準安定相である閃
亜鉛鉱型の結晶となり、しかもこの閃亜鉛鉱型結晶で
は、ｐ型不純物が容易に活性化するため、ｐ型半導体層
の形成が容易になるという効果がある。
０）面上に半導体積層構造を形成しているため、窒化物
半導体層を構成する結晶は、窒化物の準安定相である閃
亜鉛鉱型の結晶となり、しかもこの閃亜鉛鉱型結晶で
は、ｐ型不純物が容易に活性化するため、ｐ型半導体層
の形成が容易になるという効果がある。
【００８２】この発明によれば、ＧａＰ基板の（１１
１）面上に半導体積層構造を形成しているため、該（１
１１）結晶面が、六回対称性を有しているウルツ鉱型結
晶との整合性に優れていることから、上記半導体積層構
造を、最も安定なウルツ鉱型結晶構造を有する高品質な
窒化物半導体層からなる構造とできる効果がある。
１）面上に半導体積層構造を形成しているため、該（１
１１）結晶面が、六回対称性を有しているウルツ鉱型結
晶との整合性に優れていることから、上記半導体積層構
造を、最も安定なウルツ鉱型結晶構造を有する高品質な
窒化物半導体層からなる構造とできる効果がある。
【００８３】このように、本発明では、高品質な発光ダ
イオードや半導体レーザを簡便な工程により作製するこ
とができる。
イオードや半導体レーザを簡便な工程により作製するこ
とができる。
【図１】本発明の第１の実施例による発光ダイオードの
構造を示す断面図である。
構造を示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施例による発光ダイオードの
構成を説明するための図である。図２（ａ）は該発光ダ
イオードの断面構造を示し、図２（ｂ）は、該発光ダイ
オードを構成する超格子構造のバッファ層の断面構造を
示す。図２（ｃ）は、該第２実施例の変形例による発光
ダイオードの断面構造を示す。
構成を説明するための図である。図２（ａ）は該発光ダ
イオードの断面構造を示し、図２（ｂ）は、該発光ダイ
オードを構成する超格子構造のバッファ層の断面構造を
示す。図２（ｃ）は、該第２実施例の変形例による発光
ダイオードの断面構造を示す。
【図３】本発明の第３の実施例による発光ダイオードの
構造を示す断面図である。
構造を示す断面図である。
【図４】本発明の第４の実施例による半導体レーザの構
造を示す断面図である。
造を示す断面図である。
【図５】従来の発光ダイオードの構造を示す断面図であ
る。
る。
１００ ＧａＰ基板 １００ａ、１００ｂ、１００ｂ1、１００ｃ 発光ダイ
オード １００ｄ 半導体レーザ １０１ｂ、１０１ｃ バッファ層 １０２ ＧａＮ層 １０３ｃ、１０３ｄ ｎ型クラッド層 １０４ｃ、１０４ｄ 活性層 １０５ｃ、１０５ｄ ｐ型クラッド層 １０６ キャップ層 １０７ ｎ型電極 １０８ ｐ型電極 １０９ 高反射層 １１０ 絶縁膜 １１１ ストライプ状窓（開口）
オード １００ｄ 半導体レーザ １０１ｂ、１０１ｃ バッファ層 １０２ ＧａＮ層 １０３ｃ、１０３ｄ ｎ型クラッド層 １０４ｃ、１０４ｄ 活性層 １０５ｃ、１０５ｄ ｐ型クラッド層 １０６ キャップ層 １０７ ｎ型電極 １０８ ｐ型電極 １０９ 高反射層 １１０ 絶縁膜 １１１ ストライプ状窓（開口）
Claims (6)
- 【請求項１】 ＧａＰ結晶基板上に形成され、発光領域
となる半導体薄膜を含む半導体積層構造を備え、 該半導体薄膜は、金属材料の窒化物からなり、 該窒化物を構成する金属材料は、Ａｌ、ＧａおよびＩｎ
の内のいずれか１つの金属元素、もしくはＡｌ、Ｇａお
よびＩｎの内の２つ以上の金属元素の混合物からなる半
導体発光素子。 - 【請求項２】 請求項１に記載の半導体発光素子におい
て、 前記ＧａＰ結晶基板と前記半導体薄膜との間に設けら
れ、該半導体薄膜の形成温度よりも低温で成長させた窒
化物からなるバッファ層を備え、 該バッファ層の窒化物を構成する金属材料は、Ａｌ、Ｇ
ａおよびＩｎの内のいずれか１つの金属元素、もしくは
Ａｌ、ＧａおよびＩｎの内の２つ以上の金属元素の混合
物からなる半導体発光素子。 - 【請求項３】 請求項１に記載の半導体発光素子におい
て、 前記ＧａＰ結晶基板と半導体薄膜との間に設けられ、窒
化物からなる第１の薄膜層と、燐化物からなる第２の薄
膜層とを交互の積層してなる超格子バッファ層を備え、 該超格子バッファ層の窒化物を構成する金属材料は、Ａ
ｌ、ＧａおよびＩｎの内のいずれか１つ、もしくはＡ
ｌ、ＧａおよびＩｎの内の２つ以上の混合物からなるも
のであり、 該超格子バッファ層の隣化物を構成する金属材料は、Ａ
ｌ、ＧａおよびＩｎの内のいずれか１つ、もしくはＡ
ｌ、ＧａおよびＩｎの内の２つ以上の混合物からなるも
のである半導体発光素子。 - 【請求項４】 請求項１に記載の半導体発光素子におい
て、 前記ＧａＰ結晶基板と半導体薄膜との間に設けられ、窒
化物と燐化物との混晶からなるバッファ層を備え、 該バッファ層を構成する混晶は、 Ａｌ、ＧａおよびＩｎの内のいずれか１つ、もしくはＡ
ｌ、ＧａおよびＩｎの内の２つ以上の混合物からなる金
属材料αの窒素物αＮと、 Ａｌ、ＧａおよびＩｎの内のいずれか１つ、もしくはＡ
ｌ、ＧａおよびＩｎの内の２つ以上の混合物からなる金
属材料βの燐化物βＰとの混晶α1-xβxＮ1- yＰy（０＜
ｘ＜１、０＜ｙ＜１）である半導体発光素子。 - 【請求項５】 請求項１に記載の半導体発光素子におい
て、 前記半導体薄膜を含む半導体積層構造は、前記ＧａＰ結
晶基板の（１１１）結晶面上に形成したものであり、 該半導体薄膜は、ウルツ鉱型結晶構造を有する半導体発
光素子。 - 【請求項６】 請求項１に記載の半導体発光素子におい
て、 前記半導体薄膜を含む半導体積層構造は、前記ＧａＰ結
晶基板の（１００）結晶面上に形成したものであり、 該半導体薄膜は閃亜鉛鉱型結晶構造を有する半導体発光
素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25374094A JP3192560B2 (ja) | 1994-10-19 | 1994-10-19 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25374094A JP3192560B2 (ja) | 1994-10-19 | 1994-10-19 | 半導体発光素子 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000059879A Division JP2000261037A (ja) | 2000-01-01 | 2000-03-06 | 半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08125221A true JPH08125221A (ja) | 1996-05-17 |
| JP3192560B2 JP3192560B2 (ja) | 2001-07-30 |
Family
ID=17255484
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25374094A Expired - Fee Related JP3192560B2 (ja) | 1994-10-19 | 1994-10-19 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3192560B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08181386A (ja) * | 1994-12-22 | 1996-07-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体光素子 |
| JPH08264836A (ja) * | 1995-03-27 | 1996-10-11 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 化合物半導体発光素子およびその製造方法 |
| JPH08264835A (ja) * | 1995-03-27 | 1996-10-11 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 化合物半導体発光素子およびその製造方法 |
| JP2000114594A (ja) * | 1998-10-06 | 2000-04-21 | Toshiba Corp | 半導体発光装置 |
| WO2001061766A1 (fr) * | 2000-02-21 | 2001-08-23 | Sanken Electric Co., Ltd. | Dispositif semi-conducteur electroluminescent et procede de fabrication correspondant |
| JP2003046127A (ja) * | 2001-05-23 | 2003-02-14 | Sanyo Electric Co Ltd | 窒化物系半導体発光素子 |
| JP2005228945A (ja) * | 2004-02-13 | 2005-08-25 | Tsuyama National College Of Technology | 半導体基板上にモノリシック集積化された三波長半導体レーザアレイ装置 |
-
1994
- 1994-10-19 JP JP25374094A patent/JP3192560B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08181386A (ja) * | 1994-12-22 | 1996-07-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体光素子 |
| JPH08264836A (ja) * | 1995-03-27 | 1996-10-11 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 化合物半導体発光素子およびその製造方法 |
| JPH08264835A (ja) * | 1995-03-27 | 1996-10-11 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 化合物半導体発光素子およびその製造方法 |
| JP2000114594A (ja) * | 1998-10-06 | 2000-04-21 | Toshiba Corp | 半導体発光装置 |
| WO2001061766A1 (fr) * | 2000-02-21 | 2001-08-23 | Sanken Electric Co., Ltd. | Dispositif semi-conducteur electroluminescent et procede de fabrication correspondant |
| JP2003046127A (ja) * | 2001-05-23 | 2003-02-14 | Sanyo Electric Co Ltd | 窒化物系半導体発光素子 |
| JP2005228945A (ja) * | 2004-02-13 | 2005-08-25 | Tsuyama National College Of Technology | 半導体基板上にモノリシック集積化された三波長半導体レーザアレイ装置 |
| JP4604189B2 (ja) * | 2004-02-13 | 2010-12-22 | 独立行政法人国立高等専門学校機構 | 半導体基板上にモノリシック集積化された三波長半導体レーザアレイ装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3192560B2 (ja) | 2001-07-30 |
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